KR20190000489A - 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법 - Google Patents

탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소소재를 이용하여 제조됨에 따라, 인장강도가 우수하면서도 높은 점착유지력을 가지는 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 폴리올과 이소시아네이트를 50~150℃의 온도에서 혼합한 다음, 30~60℃의 온도에서 물 및 사슬연장제를 첨가하여 5~15시간동안 반응을 수행하고 냉각하여 폴리우레탄을 형성하는 단계; (b) 상기 폴리우레탄에 탄소소재를 혼합하는 단계; (c) 상기 탄소소재와 혼합된 폴리우레탄을 이용하여 필름을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 필름의 일면 또는 양면에 점착제를 도포하는 단계를 포함하는 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법을 제공한다.

Description

탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법{Manufacturing Method of Composite Material Film for Automobile Impact Protection Using Carbon Material}
본 발명은 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 탄소소재를 이용하여 제조됨에 따라, 인장강도가 우수하면서도 높은 점착유지력을 가지는 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법에 관한 것이다.
폴리우레탄은 탄성을 가지는 고분자 화합물로, 폴리우레탄의 합성은 이소시아네이트, 폴리올 및 사슬연장제의 반응으로 이루어지며, 사용되는 원료에 따라서 우수한 기계적 성질, 내화학성 또는 생체적합성을 가지는 등 매우 넓은 범위의 특성이 발현가능하다. 따라서 그 용도 또한 섬유, 피혁, 플라스틱, 목재, 금속 재료의 코팅제나 도료, 접착제, 방수제 등의 많은 영역에서 사용되고 있다.
이러한 폴리우레탄의 제조시 구성물질인 하드세그먼트와 소프트세그먼트의 비율을 조절하는 것으로 각 용도에 맞게 탄성과 연성을 조절할 수 있다. 이러한 폴리우레탄은 소프트세그먼트의 비율이 높을수록 경도가 낮고 탄성을 가지고 있으며, 폴리우레탄을 제조할 때 히드록시기를 가지고 있는 폴리에테르나 폴리에스테르를 사용하면 오존의 공격에는 매우 잘 견디지만 산과 알칼리의 작용에는 약한 탄성 섬유나 고무를 만들 수 있다. 직물에서 흔히 스판덱스라고 알려진 합성섬유는 무게비로 최소한 85%의 폴리우레탄을 포함한다. 이러한 섬유들은 매우 큰 탄성을 필요로 하는 곳에 쓰인다.
이중 하드세그먼트는 저분자량의 디올과 사슬연장제가 이소시아네이트와의 반응으로 생성되어 폴리우레탄의 기계적 특성을 발현하며, 소프트세그먼트는 1,000~3,000 가량의 분자량을 갖는 폴리에스터 디올 또는 폴리에테르 디올로부터 구성되며, PU의 저온특성과 유리전이온도(Tg)에 많은 영향을 준다.
또한 상기 폴리우레탄의 강도를 향상시키기 위하여 많은 종류의 이종원소와 혼합하여 사용되고 있다. 하지만 대부분의 이종원소 혼합시 강도는 향상되지만 폴리우레탄의 고유성질은 줄어들게 되어 이종원소와의 혼합은 제한된 용도로만 사용되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1725523호에서는 탄소섬유 프리프레그의 제조방법 및 광·열경화 방식을 이용한 열가소성 탄소섬유 복합재료의 제조방법을 개시하고 있다. 이 발명에서는 광·열경화 방식을 이용하여 폴리우레탄과 탄소섬유의 복합제를 제조하고 있지만, 폴리우레탄 고유의 성능인 전성과 연성이 상당부분 저하된다는 단점을 가진다.
대한민국 공개특허 에10-2011-079470호에서는 폴리우레탄 폼-탄소나노튜브 복합체 및 이의 제조방법에 관하여 개시하고 있다. 이 발명에서는 폴리우레탄 폼에 니켈코팅 된 탄소나노섬유를 혼합하여 전기전도도가 우수하면서도 단열특성이 뛰어난 폴리우레탄폼을 제공하고 있지만, 폼형의 폴리우레탄에만 적용 가능하여 필름형의 제품에는 적용하기 어렵다는 단점을 가진다.
탄소나노튜브와 흑연은 탄소 물질로서, 우수한 열전도 등으로 첨가제로 널리 활용되고 있다. 하지만, 이러한 탄소나노튜브와 흑연 등은 다양한 고분자와 함께 하나의 복합재료를 형성한다. 이때 탄소나노튜브와 흑연의 분산은 복합재료 성능에 매우 중요한 영향을 미치게 된다. 대한민국 공개특허 10-2011-0079470호 등은 폴리우레탄 폼-탄소나노튜브 복합체 및 이의 제조 방법를 개시하고 있으며, 분산성 관련하여 대한민국 특허출원 10-2012-0008169호는 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 전도성 폴리우레탄 수지 복합체의 제조방법을 개시하고 있다.
하지만 폴리우레탄에 탄소물질을 혼합하여 사용하는 경우 그 함량에 따른 인장강도의 변화가 커서 한정된 용도에서만 사용되어 왔다.
따라서, 본 발명은 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법을 제공하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 폴리올과 이소시아네이트를 50~150℃의 온도에서 혼합한 다음, 30~60℃의 온도에서 물 및 사슬연장제를 첨가하여 5~15시간동안 반응을 수행하고 냉각하여 폴리우레탄을 형성하는 단계; (b) 상기 폴리우레탄에 탄소소재를 혼합하는 단계; (c) 상기 탄소소재와 혼합된 폴리우레탄을 이용하여 필름을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 필름의 일면 또는 양면에 점착제를 도포하는 단계를 포함하는 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법을 제공한다.
상기 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol, PPG), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylen glycol, PEG) 또는 올리옥시테트라메틸렌 글리콜(polyoxytetramethylene glycol, PTMG)를 포함하며, 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate) 또는 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate)를 포함할 수 있다.
상기 사슬연장제는 트리에탄올아민(Triethanolamine, TEA), 에틸렌 글리콜(ethylen glycol, EG) 또는 1,4-부탄디올(1,4-Butandiol)을 포함할 수 있다.
상기 탄소소재는 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 플러렌을 포함할 수 있다.
상기 점착제는 실리콘 또는 아크릴을 포함하며, 두께 5~20㎛로 도포할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법은 탄소소재 및 각 재료를 최적의 비율로 혼합하여 복합소재 필름을 제조함에 따라, 필름의 인장강도가 높아 높은 충격에서도 차량의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리우레탄의 제조방법을 간략히 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리우레탄필름 시편과 상기 시편을 시험하는 인장강도 시험기를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라스크 내에서 폴리우레탄의 생성을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 점착제의 사용부위를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 점착제의 코팅공정 및 이형필름의 합지공정을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 사용된 점착력 측정기를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소소재를 포함하는 폴리우레탄의 합성과정을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 탄소소재(카본 블랙, 흡연 및 탄소나노튜브)를 포함하는 폴리우레탄필름 시편의 사진이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 (a) 폴리올과 이소시아네이트를 50~150℃의 온도에서 혼합한 다음, 30~60℃의 온도에서 물 및 사슬연장제를 첨가하여 5~15시간동안 반응을 수행하고 냉각하여 폴리우레탄을 형성하는 단계; (b) 상기 폴리우레탄에 탄소소재를 혼합하는 단계; (c) 상기 탄소소재와 혼합된 폴리우레탄을 이용하여 필름을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 필름의 일면 또는 양면에 점착제를 도포하는 단계를 포함하는 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계는 폴리우레탄을 형성하는 단계로 폴리와 이소시아네이트를 혼합하고 사슬연장제를 투입하여 폴리우레탄을 형성하게 된다. 상기 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol, PPG), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylen glycol, PEG) 또는 올리옥시테트라메틸렌 글리콜(polyoxytetramethylene glycol, PTMG)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌 글리콜일 수 있다. 또한 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate) 또는 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate)을 포함할 수 있으며 바람직하게는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트일 수 있다.
상기 폴리올과 이소시아네이트는 50~150℃의 온도, 바람직하게는 60~90℃, 더욱 바람직하게는 70~85℃의 온도에서 혼합할 수 있다. 혼합이 완료된 이후에는 30~60℃, 바람직하게는 40~50℃의 온도에서 물 및 사슬연장제를 첨가하여 5~15시간, 바람직하게는 7~9시간, 더욱 바람직하게는 8시간 동안 반응을 수행하여 폴리우레탄을 제조할 수 있다. 이때 상기 반응시에는 디메틸올 부타노익 에시드(dimethylol butanoic acid, DMBA)를 촉매로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 사슬연장제는 트리에탄올아민(Triethanolamine, TEA), 에틸렌 글리콜(ethylen glycol, EG) 또는 1,4-부탄디올(1,4-Butandiol)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 트리에탄올아민을 사용할 수 있다.
상기 (b) 단계는 폴리우레탄과 탄소소재를 혼합하는 단계로 상기 탄소소재는 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 플러렌을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 카본블랙을 사용할 수 있다. 상기 탄소소재는 전체 폴리우레탄 대비 0.1~10중량%, 바람직하게는 1~7중량%, 더욱 바람직하게는 1~5중량%의 비율로 혼합할 수 있으며, 상기 탄소소재의 혼합은 상기 탄소소재를 균일하게 폴리우레탄에 혼합할 수 있는 것이라면 제한없이 사용하여 혼합할 수 있지만 바람직하게는 고속균질기(homogenizer)를 이용하여 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 탄소소재가 0.1중량%미만으로 혼합되는 경우 탄소소재에 의한 인장강도 증가의 효과가 없으며, 10중량%를 초과하는 경우 더 이상의 인장강도 증대효과가 없이 전성 및 연성이 떨어지므로 보호필름의 물성이 낮아질 수 있다.
상기 (c) 단계는 탄소소재와 혼합된 폴리우레탄을 이용하여 필름을 제작하는 단계로, 기존의 필름 제작방법과 동일한 방법으로 제작가능하다, 구체적으로 압출한 다음, 공기를 주입하여 얇은 필름을 제조하거나 가열된 롤 사이를 통과시켜 원하는 두께의 필름으로 성형할 수 있다.
상기 (d) 단계는 상기 (c)단계에서 제작된 필름의 표면에 점착제를 도포하는 단계로 상기 필름 사용 목적에 따라 상기 필름의 일면 또는 양면에 점착제를 도포할 수 있다. 상기 점착제는 본 발명에 의하여 제작되는 보호필름을 원하는 대상물(특히 자동차)의 표면에 부착하는 물질(도 4)로 접착제와는 달리 필름을 영구적으로 부착하지 않고 부착이후 사용자의 선택에 따라 제거가 가능하도록 하여야 한다.
본 발명에서 용어 “점착”이란 접촉면이 접착과는 달리 용융고착 또는 기계적 고착이 되지 않고 맞물려 있는 현상을 나타내는 것으로 접촉 과정(압착 과정)과 파괴 과정(박리 과정)이라는 두 가지 면을 가지고 있다. 이러한 점착은 접촉 과정에서는 피착제와의 결합력, 유동, 습윤, 접 압력, 접촉 시간, 표면 조도 등이 관계하며, 파괴 과정에서는 응집력, 파괴 온도, 파괴 속도, 두께 등의 인자가 관계하고 있으며, 이들이 서로 뒤얽힌 현상을 말한다. 또한 본드, 풀 등과 같이 액체 상태에서 고체 상태로 변해 강한 접착력을 가지는 것이 접착제라면, 스카치테이프, 양면테이프, 점착시트 등을 쉽게 부착하고 탈착할 수 있게 하는 끈적끈적한 물질을 점착제라고 한다.
본 발명에서 상기 점착제는 실리콘 또는 아크릴을 포함하는 것이 바람직하다. 아크릴계 점착제의 경우 아크릴산 에스테르의 공중합체를 주성분으로 하며, 기본적으로는 점착부여수지를 필요로 하지 않고 자체만으로 점착 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 변성이 다른 점착제에 비하여 자유로우며, 고무계 점착제에 비하여 내열성 및 내후성이 우수하다. 실리콘계 점착제의 경우 실리콘 고무를 주성분으로 하며, 적용온도 범위가 넓고 내열, 내한, 내약품 및 내후성이 우수하지만, 가격이 다른 점착제에 비하여 높은 것이 단점이다. 따라서 본 발명의 보호필름의 사용용도에 따라 적절한 점착제를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 점착제가 도포된 이후 점착제의 상부에는 이형필름을 부착하여 점착제를 이용하여 상기 보호필름을 부착하기 전 점착제의 오염이나 손상을 막아 점착력을 유지하는 것이 바람직하다(도 5).
또한 상기 점착제는 두께 5~20㎛, 바람직하게는 8~12㎛, 더욱 바람직하게는 9~10㎛로 도포할 수 있다. 상기 점착제의 두께가 5㎛미만인 경우 점착제의 양이 부족하여 점착이 원활하지 않을 수 있으며, 20㎛를 초과하는 경우에는 보호필름의 제거시 여분의 점착제가 잔류하여 오염을 일으킬 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
실시예 1
플라스크에 폴리올과 이소시아네이트를 투입 후 70℃에서 교반한 다음, 사슬연장제와 물을 가하고 45℃에서 8시간 반응시키며 촉매로는 DMBA를 사용하여 반응을 수행하였다(도 1, 도 3). 이때 폴리올은 PPG, PEG, PTMG를 각각 사용하였으며 이소시아테이트는 분자량 250.25의 MDI로 고정하여 폴리올의 종류 및 각 분자량에 따른 인장강도의 변화를 측정하였다.
인장시험은 KSM 3001:2001 시험규격에 의하여 측정하였으며, 아령모양의 시험편 양끝을 인장시험기에 물려 인장강도를 측정하였다(도 2). 한쪽 물림쇠는 고정시키고 움직일 수 있는 다른 한쪽을 분당 40㎜의 속도로 당겨주며 일정한 속도와 힘으로 당겨서 수치를 측정하였으며, 상기 수치를 하기의 식에 대입하여 인장강도를 측정하였다.
인장강도(kg㎟) = 절단시의 하중(kg) / {시험시편의 두께(㎜) × 시험편의 폭(㎜)}
인장강도 시험에 사용된 인정시험기는 모델명 DS2-500N로, 시험속도는 40㎜/min, 시편길이는 50㎜, 시편폭은 12.5㎜, 시편두께는: 160±20㎛로 측정하였다.
각 시험편에 의하여 측정된 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
폴리올 분자량 이소시아네이트 시편 두께(㎛) 인장강도(N/㎟) 점도(cps) 고형분
PPG 1,000 MDI 167 312 210 32%
2,000 145 321 470 31%
3,000 151 330 430 32%
PEG 1,000 181 301 320 30%
2,000 186 309 390 32%
3,000 171 313 460 27%
PTMG 1,000 166 284 420 31%
2,000 165 296 450 29%
3,000 162 298 430 33%
표 1에 나타난 바와 같이, 폴리올로 PPG를 사용한 경우 가장 높은 인장강도를 가지는 것으로 나타났으며, 폴리올의 분자량이 높은 경우 인장강도가 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 분자량 2000의 폴리올이 일반적으로 시중에 판매되는 규격이므로, 이후의 실험은 분자량 2000의 PPG를 이용하여 실시하였다.
실시예 2
각 폴리올에 최적의 이소시아네이트를 선정하기 위하여 폴리올로 PPG, PEG, PTMG를 각각 사용하며, 이소시아네이트로 MDI(분자량 250.25), TDI(분자량 174.2) 및 IPDI(분자량 222.3)을 사용하여 보호필름을 제작하였다. 인장실험은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며 그 결과는 표2에 나타내었다.
폴리올 이소시아네이트 시편 두께(㎛) 인장강도(N/㎟) 점도(cps) 고형분
PPG MDI 170 324 500 30%
TDI 167 318 440 28%
IPDI 179 320 470 31%
PEG MDI 165 327 410 33%
TDI 166 321 460 34%
IPDI 171 311 440 33%
PTMG MDI 146 312 440 30%
TDI 154 308 470 35%
IPDI 152 301 410 29%
표 2에 나타난 바와 같이, 모든 폴리올에 공통적으로 MDI를 사용한 경우 가장 높은 인장강도를 보이는 것으로 나타났다.
실시예 3
각 폴리올에 최적의 사슬연장제를 선정하기 위하여 폴리올로 PPG, PEG, PTMG를 각각 사용하며, 사슬연장제로 TEA, EG 및 1,4-부탄디올을 사용하여 보호필름을 제작하였다. 인장실험은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며 그 결과는 표 3에 나타내었다.
폴리올 이소시아네이트 사슬연장제 인장강도(N/㎟) 점도(cps) 고형분
PPG MDI TEA 315 440 32%
EG 307 430 31%
1,4-Butandiol 311 410 32%
PEG MDI TEA 310 440 34%
EG 308 490 32%
1,4-Butandiol 303 440 28%
PTMG MDI TEA 311 450 31%
EG 298 440 33%
1,4-Butandiol 306 470 36%
표 3에 나타난 바와 같이, 사슬연장제로 TEA를 사용한 경우 가장 높은 인장강도를 나타내는 것으로 나타났다.
실시예 4
상기 실시예 1~3에서 가장 높은 인장강도를 보이는 PPG, MDI, TEA를 포함하는 보호필름에 적합한 점착제를 선정하기 위한 실험을 실시하였다.
실리콘 점착제는 톨루엔, 에틸3 아세테이트, 이소프로필 알코올을 희석제로 사용하였으며, 경화제(과산화벤조일 Dibenzoyl peroxide), 점착력 증강제(프라이머), 촉매(백금)를 첨가하여 제조하였다. 아크릴 점착제는 톨루엔, 메틸에틸케톤을 희석제로 사용하였으며, 경화제(과산화벤조일)를 첨가하였으며, 점착부여제로 메틸메타 아크릴레이트(Methyl methacrylate, MMA, 아크릴 7) 또는 이소보닐 아크릴레이트(Isobornyl acrylate, IBOA, 아크릴 12)를 혼합하여 제조하였다.
점착력은 일정 압력으로 표준 피착제에 시료를 접착시킨 후 일정한 속도로 점착제를 피착제로부터 180°로 박리될 때 걸리는 하중으로 평가(도 6)하였으며, 그 결과를 하기의 표4에 나타내었다.
점착제 동판(目) 공정결과
점착 두께(㎛) 점착력(N/10㎜)
실리콘 110 3 2.7
65 6 3.1
37 9 3.5
아크릴7 110 3 2.4
65 5 2.9
37 10 3.3
아크릴12 110 3 2.7
65 5 3.2
37 9 3.5
표 4에 나타난 바와 같이, 실리콘과 아크릴계 점착제 모두 점착두께 9~10㎛에서 3.3~3.5N/10mm의 점착력을 나타내었다.
또한 상기 점착제의 점착 유지력을 확인하기 위하여 안정상태의 내습성 실험 및 부품의 가속화 실험을 실시하였다(KS C IEC 60068-2-67)
실험 조건은 I 타입인 온도 85±2℃, 습도 85±5%에서 168±5% 시간 Test를 진행하였다
점착 유지력 측정은 점착제 자신의 내부 응집력 평가방법으로 일정압력으로 표준 피착물을 표면에 시료를 고정하고 피착물 표면에 대해 평행방향의 일정하중에 의해 미끄러지는 거리 또는 떨어질 때까지 걸린 시간으로 측정하였다.
점착 유지력 측정 시스템은 ASTM D3654 기준에 따라, 가로 25㎜, 세로 250㎜ 사이즈로 필름을 준비 한 후, 세척한 SUS 시험판의 한 끝에 시험편의 25 × 25㎜의 면적이 점착하도록 붙여 압착 롤러로 압착하였으며, 약 30분 후 시험판의 한끝을 멈춤쇠로 고정시키고 시험판 및 시험편이 수직으로 매달리도록 접어 포갠 부분의 끝에 하중 1kgf의 추를 달아 50℃ 오븐에서 3시간동안 유지력 측정을 진행하였다.
시편의 이동거리, 떨어짐 유무, 떨어질 때까지의 시간을 측정하여 3매의 평균치로 유지력을 구하고 그 결과를 하기의 표5에 나타내었다.
시료명 측정기준(50℃ × 180mins) 측정결과(50℃ × 180mins)
실리콘5 < 25 < 25 (이동없음)
아크릴7 < 25 떨어짐
아크릴12 < 25 < 25 (이동없음)
표5에 나타난 바와 같이 아크릴 7 점착제는 3시간 이전에 떨여저 점착 유지력이 낮은 것으로 나타났다. 아크릴 12 및 실리콘 5는 3시간 이후에도 점착력을 유지하고 있어 적절한 점착재로 사용 가능한 것을 확인할 수 있었으며, 표 4에 나타난 바와 같이 거의 동일한 점착 강도를 나타내고 있으므로, 가격이 저렴한 아크릴 12를 사용하여 실험을 수행하였다.
실시예 5
상기 실시예 1~3에서 가장 높은 인장강도를 보이는 PPG, MDI, TEA를 포함하는 보호필름에 적합한 탄소소재를 선정하기 위한 실험을 실시하였다.
3종류의 탄소소재(카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브)를 각각 고속 균질기를 이용하여 보호필름 원료와 혼합하여 보호필름을 제조하였다(도 7).
강화특성을 측정하기 위하여 실시예 1과 동일한 방법으로 인장실험을 실시하였으며, 그 결과를 표 6~8에 각각 나타내었다.
폴리우레탄(wt%) 카본블랙(wt%) 인장강도(N/㎟)
99 1 389
98 2 392
97 3 401
96 4 402
95 5 407
94 6 407
93 7 408
폴리우레탄(wt%) 흑연(wt%) 인장강도(N/㎟)
99 1 375
98 2 380
97 3 391
96 4 393
95 5 396
94 6 397
93 7 397
폴리우레탄(wt%) 탄소나노튜브(wt%) 인장강도(N/㎟)
99 1 309
98 2 311
97 3 306
96 4 307
95 5 312
94 6 312
93 7 312
표 6~8에 나타난 바와 같이 탄소소재의 함량이 늘어날수록 인장강도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 다만 탄소나노튜브의 경우 일정 함량 이상에서는 탄소나노튜브간의 응집현상이 일어나 인장강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다(도 8). 또한 탄소소재의 함량이 5중량%이상인 경우 인장강도의 증가폭이 매우 낮은 것으로 나타났다. 특히 카본 블랙의 경우 5중량%를 혼합하는 경우 인장강도가 407N/㎟로 가장 높게 측정되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. (a) 폴리올과 이소시아네이트를 50~150℃의 온도에서 혼합한 다음, 30~60℃의 온도에서 물 및 사슬연장제를 첨가하여 5~15시간동안 반응을 수행하고 냉각하여 폴리우레탄을 형성하는 단계;
    (b) 상기 폴리우레탄에 탄소소재를 혼합하는 단계;
    (c) 상기 탄소소재와 혼합된 폴리우레탄을 이용하여 필름을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 필름의 일면 또는 양면에 점착제를 도포하는 단계;
    를 포함하는 탄소소재를 이용한 자동차 충격보호용 복합소재 필름 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol, PPG), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylen glycol, PEG) 또는 올리옥시테트라메틸렌 글리콜(polyoxytetramethylene glycol, PTMG)를 포함하며, 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate) 또는 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate)를 포함하는 복합소재 필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사슬연장제는 트리에탄올아민(Triethanolamine, TEA), 에틸렌 글리콜(ethylen glycol, EG) 또는 1,4-부탄디올(1,4-Butandiol)을 포함하는 복합소재 필름의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소소재는 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 플러렌을 포함하는 복합소재 필름의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서
    상기 점착제는 실리콘 또는 아크릴을 포함하며, 두께 5~20㎛로 도포하는 복합소재 필름의 제조방법.
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