KR20210083786A - 코팅 조성물 및 에어백 원단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅 조성물 및 에어백 원단에 관한 것이다. 상기 코팅 조성물은 섬유 기재와 우수한 접착성을 나타내며 섬유 기재에 코팅되어 이의 기밀성을 향상시키면서도 유연성 등 섬유 기재의 제반 특성을 우수한 수준으로 유지하여, 작은 공간에도 컴팩트하게 폴딩되어 수납 가능하며 장기간 보관 후에 전개되더라도 우수한 기밀성을 나타내는 에어백 원단을 제공할 수 있다.

Description

코팅 조성물 및 에어백 원단{COATING COMPOSITION AND AIR BACK FABRIC}
본 발명은 코팅 조성물 및 에어백 원단에 관한 것이다.
최근 자동차 등의 교통기관의 충돌 시에 운전자나 승객의 안전성의 향상이 요구되고 있어 각종 에어백의 장착률이 향상되고 있다. 에어백이란, 교통기관이 정면 충돌이나 측면 충돌 시에 받는 충격을 센서가 감지하여 인플레이터로부터 가스를 팽창 가능한 기포에 유입시킴으로써 에어백을 급속히 전개·팽창시켜, 그 팽창한 기포가 가지는 쿠션성에 의해 운전자나 승객이 받을 충격을 완화시킴으로써 인체를 보호하는 것을 말한다.
예전에는 주로 자동차의 정면 충돌에 대비하기 위해 에어백이 운전석과 조수석과 같이 전면부에 장착되었다. 그러나, 최근에는 자동차의 측면 충돌이나 전복(roll-over)에도 대응할 수 있도록 커튼형 에어백도 개발되고 있다. 이 커튼형 에어백은 차내 측벽의 루프 레일을 따라 프런트 필러측으로부터 리어 필러측까지의 영역에 수납되고, 충돌 시에 측면 창을 따라 팽창, 전개되도록 설계되어 있다.
이러한 커튼형 에어백은 교통기관의 전복 시에 탑승객을 보호하기 위해 전개되고 나서 몇 초 정도는 어느 정도의 내압을 유지할 수 있도록 높은 기밀성을 가져야 한다. 이에 따라, 종래에는 섬유 기재(fabric substrate)에 실리콘 코팅이 주로 적용되어 왔다. 그러나, 최근에는 낮은 도포량으로도 우수한 내압 유지 특성을 나타내는 폴리우레탄 코팅을 적용하여 에어백의 경량화와 원가 절감을 도모하고 있다.
하지만, 폴리우레탄 코팅층은 실리콘 코팅층에 비해 섬유 기재와의 결합력이 상대적으로 약하며, 가수분해로 인한 열악한 에이징 내구성을 갖는다. 이에 따라, 폴리우레탄 코팅이 적용된 에어백은 장기간 수납되어 있는 동안 섬유 기재에 대한 코팅층의 결합력이 저하되어 교통 사고 시에 전개되더라도 충분한 기밀성을 나타내지 못하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 과량의 가교제를 사용하거나 섬유 기재와 코팅층의 물리적 결합력을 향상시키기 위해 레올로지 조절제를 이용하여 섬유 기재 내부로의 코팅액 침투도를 높이는 방법이 시도되었다.
그러나, 과량의 가교제를 사용하는 방법은 가사 시간(pot life) 감소에 따른 생산성 저하 문제, 에어백 원단의 유연성 저하에 따른 에어백 원단의 폴딩 성능 및 수납성 저하 문제, 원가 상승 문제 등을 초래하였다. 그리고, 레올로지 조절제를 이용하여 섬유 기재 내부로의 코팅액 침투도를 높이는 방법은 코팅액 침투도를 적정 수준으로 제어하기가 어려울 뿐 아니라 과량 침투에 의한 강연도 증가 및 인열강도 저하 등의 문제를 야기할 수 있다.
이에 따라, 콤팩트하게 폴딩되어 작은 공간에도 수납 가능하며, 장기간 보관 후에도 우수한 기밀성을 보유할 수 있는 에어백을 개발하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 콤팩트하게 폴딩되어 작은 공간에도 수납 가능하며 장기간 보관 후에도 전개되어 우수한 기밀성을 나타내는 에어백을 제공할 수 있는 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 코팅 조성물이 코팅된 에어백 원단을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 코팅 조성물과 이를 이용하여 제조되는 에어백 원단 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 폴리우레탄 100 중량부 및 폴리비닐부티랄 10 내지 50 중량부를 포함하는 코팅 조성물 제공된다.
기존의 에어백 원단에 적용된 폴리우레탄 코팅은 섬유 기재와의 결합력(접착 내구성)이 약하며, 가수분해로 인한 열악한 에이징 내구성을 가졌다. 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 연구한 결과, 폴리우레탄에 폴리비닐부티랄을 특정 함량으로 배합하여 에어백용 코팅 조성물로 사용하는 경우 섬유 기재와의 결합력을 향상시킴은 물론 섬유 기재의 기밀성을 향상시키면서도 섬유 기재의 유연성을 우수한 수준으로 유지하여 콤팩트하게 폴딩되어 작은 공간에도 수납 가능하며 장기간 보관 후에도 전개되어 우수한 기밀성을 나타내는 에어백을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
상기 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트와 폴리올의 중합으로 형성된 중합체로서, 폴리이소시아네이트 유래의 잔기와 폴리올 유래의 잔기를 포함한다.
상기 폴리이소시아네이트는 2 이상의 NCO 관능기를 갖는 화합물로, 지방족, 시클로지방족, 방향족, 아르지방족(araliphatic) 폴리이소시아네이트 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리이소시아네이트로는 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 도데칸메틸렌 디이소시아네이트, 1,4-디이소시아네이토시클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 4,4'-디이소시아네이토-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 4,4'-디이소시아네이토-2,2-디시클로헥실프로판, 1,4-디이소시아네이토벤젠, 2,4-, 2,5- 또는 2,6-디이소시아네이토톨루엔, 4,4'- 2,4- 또는 2,2'-디이소시아네이토디페닐메탄, 4,4'-, 2,4'- 또는 2,2'-디이소시아네이토-2,2-디페닐프로판-p-크실렌 디이소시아네이트 및 α,α,α',α'-테트라메틸-m- 또는 -p-크실렌 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 코팅 조성물이 적용된 에어백 원단의 에너지 흡수성, 팽창성 및 인성(toughness) 등의 제반 물성을 향상시키기 위해, 상기 폴리이소시아네이트로는 연질의 코팅층을 제공할 수 있는 지방족 또는 시클로지방족 폴리이소시아네이트 혹은 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 폴리이소시아네이트로는 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 도데칸메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
이 중에서도 상기 폴리이소시아네이트로는 지방족 폴리이소시아네이트로서 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 도데칸메틸렌 디이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물이 사용되어 상술한 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기 폴리올은 폴리우레탄 코팅 기술 분야에 알려진 다양한 폴리올이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올로는 분자량이 50 내지 500 g/mol인 지방족 폴리올, 중량 평균 분자량이 300 내지 4000 g/mol, 500 내지 4000 g/mol, 또는 800 내지 4000 g/mol인 올리고머성 폴리올(oligomeric polyol), 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 올리고머성 폴리올은 말단에 히드록시기를 함유하기 때문에 상기 폴리이소시아네이트와 반응함으로써 폴리우레탄에 도입될 수 있다.
상기 지방족 폴리올로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 네오펜틸 글리콜 히드록시피발레이트, 헥실렌 글리콜, 폴리알킬렌 글리콜(예컨대 HO-(RO)n-H, 여기서 R은 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기이고, n은 2 내지 8이다), 트리메틸올프로판, 글리세롤, 에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 트리스히드록시에틸 이소시아누레이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 올리고머성 폴리올로는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에스테르 에테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리카보네이트 에테르 폴리올 및 폴리카보네이트 에스테르 폴리올로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올은 출발 물질에 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드, 테트라히드로푸란, 에피클로로히드린 등의 알킬렌 옥시드를 첨가하여 개환 중합 반응에 의해 형성되는 올리고머성 폴리올일 수 있다. 상기 출발 물질로는 물, 알코올 또는 아민 화합물 등이 사용될 수 있다. 이러한 폴리에테르 폴리올은 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 또는 폴리에피클로로히드린 등일 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 2 이상의 다관능 알코올과 2 이상의 다관능 카르복실산 또는 이의 유도체의 축합물이거나; 혹은 히드록시카르복실산 또는 락톤 그 자체의 축합물일 수 있다. 상기 2 이상의 다관능 알코올로는 앞서 나열한 분자량이 50 내지 500 g/mol인 지방족 폴리올 등이 사용될 수 있으며, 2 이상의 다관능 카르복실산 또는 이의 유도체로는 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라히드로프탈산, 헥사히드로프탈산, 시클로헥산디카르복실산, 아디프산, 아젤라산, 세박산, 글루타르산, 트리멜리트산, 테트라클로로프탈산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 말론산, 수베르산, 2-메틸숙신산, 3,3-디에틸글루타르산, 2,2-디메틸숙신산 또는 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있고, 상기 히드록시카르복실산으로는 히드록시카프로산, 히드록시부티르산, 히드록시데카노산 및 히드록시스테아르산으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있으며, 상기 락톤으로는 카프로락톤, 부티로락톤 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 만일 상기 2 이상의 다관능 알코올로 앞서 설명한 폴리에테르 폴리올을 사용할 경우 폴리에스테르 에테르 폴리올을 얻을 수 있다.
상기 폴리카보네이트 폴리올은 카르본산(carbonic acid) 유도체와 폴리올의 반응을 통해 얻을 수 있다. 상기 카르본산 유도체로는 디페닐 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 포스겐 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있고, 상기 폴리올로는 앞서 나열한 분자량이 50 내지 500 g/mol인 지방족 폴리올이나, 혹은 비스페놀 A 등의 방향족 폴리올이 사용될 수 있다. 만일 상기 폴리올로 앞서 설명한 폴리에테르 폴리올을 사용할 경우 폴리카보네이트 에테르 폴리올을 얻을 수 있고, 폴리에스테르 폴리올을 사용할 경우, 폴리카보네이트 에스테르 폴리올을 얻을 수 있다.
상기 폴리우레탄은 중합 공정 중 혹은 중합 공정 후에 친수화제에 의해 개질될 수 있다. 일 예로, 상기 친수화제로서 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 관능기, 예컨대 아미노기, 히드록시기 또는 티올기를 함유하며, 음이온성기로 -COO-, -SO3 -, -PO3 2- 및 이들의 양성자화된 잠재적 음이온성기로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 함유하는 음이온성 친수화제가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 음이온성 친수화제는 모노- 및 디히드록시카르복실산, 모노- 및 디히드록시술폰산, 및 모노- 및 디히드록시포스폰산, 및 그의 염 등으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로, 디메틸올프로피온산, 디메틸올부티르산, 히드록시피발산, 말산, 시트르산, 글리콜산, 락트산 및 2-부텐디올과 NaHSO3의 프로폭실화 부가물로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.
상기 코팅 조성물로부터 형성된 코팅층의 인성과 에너지 흡수성은 폴리우레탄의 폴리올 성분으로 상술한 폴리에테르 폴리올 혹은 폴리에스테르 폴리올을 사용하는 경우 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅층의 내가수분해성은 폴리우레탄의 폴리올 성분으로 상술한 폴리카보네이트 폴리올을 사용하는 경우 더욱 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 폴리우레탄으로는 A) 폴리이소시아네이트와, B-1) 폴리카보네이트 폴리올 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리올; 및 B-2) 폴리에테르 폴리올을 포함하는 B) 폴리올을 중합하여 제조된 폴리카보네이트 폴리에테르 폴리우레탄, 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리에테르 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 이때, B-1) 폴리카보네이트 폴리올 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리올과 B-2) 폴리에테르 폴리올의 중량 비율은 20:80 내지 80:20, 25:75 내지 70:30 혹은 30:70 내지 65:45일 수 있다. 그리고, B) 폴리올 총 중량에 대한 B-1) 폴리카보네이트 폴리올 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리올; 및 B-2) 폴리에테르 폴리올의 함량은 50 중량% 이상, 60 중량% 이상 혹은 70 중량% 이상일 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 상기 폴리우레탄과 함께 폴리비닐부티랄을 포함하여 접착 내구성 및 에이징 내구성이 우수한 코팅된 에어백 원단을 제공할 수 있다.
상기 폴리비닐부티랄은, 예를 들면, 비닐 알코올 혹은 비닐 아세테이트를 중합하여 제조되는 폴리 비닐 알코올 혹은 폴리 비닐 아세테이트를 일부 아세틸화하거나 혹은 가수분해하여 폴리(비닐 알코올-co-비닐 아세테이트)를 제조한 후, 부티르알데히드와 반응시켜 제조될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 폴리 비닐 알코올을 부티르알데히드와 반응시킨 후 아세틸화하여 제조될 수도 있다.
이러한 폴리비닐부티랄은 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 반복 단위를 포함하거나, 혹은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 반복 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 폴리비닐부티랄은 비닐 알코올 혹은 비닐 아세테이트를 중합하여 얻어지는 선형 주쇄를 포함하여 상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물로부터 형성된 코팅층에 유연성을 부여할 수 있다. 또한, 화학식 1의 부티랄기를 통해 우수한 내가수분해성을 나타내 에이징 내구성을 향상시킬 수 있으며, 화학식 2의 히드록시기를 통해 코팅층 자체의 가교 밀도뿐 아니라 섬유 기재와의 접착성도 증가시켜 접착 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위 총 중량에 대하여, 10 중량% 이상, 20 중량% 이상, 30 중량% 이상, 40 중량% 이상, 50 중량% 이상, 60 중량% 이상 또는 70 중량% 이상이고, 99 중량% 이하, 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 80 중량% 이하 또는 75 중량% 이하로 포함될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위 총 중량에 대하여, 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상 또는 25 중량% 이상이고, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하 또는 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위 총 중량에 대하여, 0 중량% 이상, 0.001 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 1.0 중량% 이상, 1.5 중량% 이상 또는 2.0 중량% 이상이고, 50 중량% 이하, 30 중량% 이하, 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하 또는 3 중량% 이하로 포함될 수 있다.
상기 폴리비닐부티랄은 상술한 효과를 더욱 향상시키기 위해, 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위 총 중량에 대하여, 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 10 내지 99 중량%, 30 내지 95 중량%, 50 내지 90 중량% 또는 60 내지 85 중량%로 포함하고, 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 1 내지 70 중량%, 5 내지 40 중량% 또는 10 내지 35 중량%로 포함하며, 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 0 내지 50 중량%, 0.001 내지 10 중량%, 0 내지 5 중량% 또는 0.001 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.
상기 폴리비닐부티랄은 폴리우레탄 100 중량부에 대해 10 내지 50 중량부 혹은 20 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 만일 폴리비닐부티랄의 함량이 10 중량부 미만이면 접착 내구성 및 에이징 내구성이 충분히 향상되기 어렵고, 50 중량부를 초과할 경우 코팅층의 기계적 물성 저하 및 경화 장애로 인해 코팅된 에어백 쿠션의 내압 성능이 오히려 저하될 수 있다. 본 명세서에서 함량은 달리 기재되어 있지 않은 한 고형분의 함량을 의미한다. 따라서, 폴리우레탄과 폴리비닐부티랄이 분산액 형태로 사용될 경우 상기 함량은 각 성분의 고형분의 함량을 의미한다.
상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 가교 효율을 향상시키기 위해 가교제를 포함할 수 있다. 이러한 가교제로는 이소시아네이트계 가교제 또는 폴리카보디이미드계 가교제가 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트계 가교제는 2 이상, 바람직하게는 3 이상의 NCO 관능기를 갖는 지방족 및/또는 방향족 이소시아네이트계 가교제일 수 있다. 상기 이소시아네이트계 가교제는 용액으로서 또는 용매 없이 사용될 수 있고, 블로킹되거나 블로킹되지 않은 상태로 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트계 가교제로는 폴리올(예컨대 트리메틸올프로판, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 부틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 또는 이들의 혼합물 등)과 폴리이소시아네이트(예컨대 헥산 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물 등)의 반응 생성물; 상기 폴리이소시아네이트로부터 형성되는 시아누레이트; 혹은 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 이소시아네이트계 가교제를 블로킹하기 위한 적절한 블로킹제로는 케톡심(예컨대 메틸 에틸 케톡심, 디이소부틸 케톡심 등), 탄산 화합물(예컨대 말론산 에스테르, 아세토아세트산 에스테르 등), 페놀(예컨대 페놀, 노닐페놀 등) 및 다른 기타 블로킹제(예컨대 카프롤락탐 등)로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.
상기 폴리우레탄이 분산액 형태로 사용되는 경우 특정 온도 이상으로 열을 가해야 반응함에 따라 가사 시간(pot life)가 긴 블로킹된(블록형) 이소시아네이트계 가교제가 사용될 수 있다.
상기 폴리카보디이미드계 가교제는 카보디이미드 당량이 200 내지 600인 화합물이 사용될 수 있다. 상기 카보디이미드 당량은 폴리카보디이미드계 가교제의 카보디이미드기의 몰수에 대한 폴리카보디이미드계 가교제의 중량을 의미할 수 있다.
상기 폴리카보디이미드계 가교제는 가사 시간(pot lift)가 길고 가교 효율이 우수하다는 장점이 있다. 이러한 폴리카보디이미드계 가교제로는 Nisshinbo Chemical Inc. 에서 제공하는 Carbodilite V-02, SV-02, V-02-L2, V-04, E-01, E-02, E-03A 또는 E-05 등을 사용할 수 있다.
상기 가교제는 과량 사용될 경우 앞서 서술한 생산성 저하 문제, 유연성 저하 문제 및 원가 상승 문제 등을 초래할 수 있으므로, 폴리우레탄 100 중량부에 대해 8 중량부 이하 혹은 6 중량부 이하로 사용될 수 있으며, 1 중량부 이상 혹은 3 중량부 이상으로 사용될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 코팅 조성물은 증점제, 난연제, 산화방지제, 안료 및 레올로지 조절제 등으로 구성되는 군에서 선택된 1 종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 증점제로는 Borchers社의 Borchi Gel A LA 상품명으로 유통되는 아크릴계 증점제가 사용될 수 있다. 상기 증점제는 폴리우레탄 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부 혹은 3 내지 7 중량부로 사용될 수 있다. 상기 난연제로는 KhaiEL社의 FlamEL RFL 2.2 상품명으로 유통되는 트리에틸포스페이트의 옥시란 및 인 산화물과의 폴리머(triethyl phosphate polymer with oxirane and phosphorus oxide)가 사용될 수 있다. 상기 난연제는 폴리우레탄 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부 혹은 5 내지 15 중량부로 사용될 수 있다. 상기 산화방지제는 Songwon社의 Songnox 2450DW 상품명으로 유통되는 트리에틸렌 글리콜-비스-3-(3-터트-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트가 사용될 수 있으며, 폴리우레탄 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부 혹은 1 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 안료로는 Wooshin社의 다양한 색상의 안료가 사용될 수 있으며, 폴리우레탄 100 중량부에 대해 0.001 내지 1 중량부로 사용될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 ASTM D2196에 따라 Brookfield 점도계(RVDV-II+Pro)를 이용하여 25℃에서 측정한 점도가 10,000 내지 20,000 cps 정도일 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 에어백용 코팅 조성물로 사용될 수 있다. 상기 코팅 조성물은 특히 에어백용 베이스 코팅 조성물로 사용되어 섬유 기재에 기밀성을 부여하면서도 유연성을 저하시키지 않아 수납성 및 내압 유지 특성이 우수한 에어백을 제공할 수 있다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 섬유 기재; 및 상기 섬유 기재 상에 상기 코팅 조성물을 코팅하여 형성된 코팅층을 포함하는 에어백 원단이 제공된다. 본 명세서에서 에어백 원단은 인플레이터 등으로부터 유입되는 가스에 의해 팽창 가능한 구성으로 에어백 쿠션, 기포 등으로 호칭될 수 있다.
상기 섬유 기재는 자카드직기에서 일체형 직조 방식에 의해 제조되는 원 피브 우븐(One Piece Woven) 직물일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 섬유 기재로는 원사를 평직 또는 바스켓직 등으로 제직한 2 이상의 섬유 기재를 재단하고 봉제한 후 필요에 따라 봉제된 접합부를 실런트로 실링하는 방식으로 제조되는 섬유 기재를 사용할 수도 있다.
상기 섬유 기재는 폴리에스테르 원사 혹은 폴리아미드 원사로 제조될 수 있다. 상기 원사는 약 200 내지 700 denier 혹은 약 400 내지 550 denier의 섬도를 가져 우수한 기계적 물성을 나타내면서도 경량인 섬유 기재를 제공할 수 있다.
상기 섬유 기재는 경사 밀도가 40 내지 80 th/inch이고, 위사 밀도가 30 내지 70 th/inch일 수 있다. 그리고, 섬유 기재의 경사 밀도는 위사 밀도보다 높아 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
상기 다른 일 구현예에 따른 에어백 원단은 상기 섬유 기재 상에 전술한 코팅 조성물을 코팅하여 형성한 코팅층을 포함한다. 상기 코팅 조성물에 대한 내용은 앞서 상세히 설명하였으므로 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 코팅 조성물은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 방식으로 도포될 수 있다. 일 예로, 상기 코팅 조성물은 나이프 코팅 방식에 의해 코팅되어 균일한 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 코팅 조성물의 도포량은 약 10 내지 50 g/m2, 약 15 내지 40 g/m2, 약 20 내지 40 g/m2 혹은 약 25 내지 35 g/m2로 조절될 수 있다. 상기 코팅 조성물은 이러한 낮은 도포량을 통해서도 높은 기밀성을 나타내 우수한 내압 유지 특성을 갖는 코팅층을 제공할 수 있다.
상기 도포된 코팅 조성물은 약 80℃ 내지 150℃의 온도에서 건조되어 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 다른 일 구현예에 따른 에어백 원단은 베이스 코팅층과 탑 코팅층을 포함할 수 있다. 이 경우, 앞서 서술한 코팅 조성물은 베이스 코팅층을 형성하는데 사용될 수 있다.
상기 탑 코팅층은 에어백 원단에 내블로킹성 및 슬립성을 부여하기 위해 추가될 수 있다. 상기 탑 코팅층은 폴리우레탄 및 고형 윤활제를 포함하는 탑 코팅 조성물에 의해 형성될 수 있다.
상기 탑 코팅 조성물에 사용되는 폴리우레탄은 베이스 코팅 조성물에 사용 가능한 폴리우레탄일 수 있다. 일 예로, 상기 탑 코팅 조성물에 사용되는 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트와 폴리카보네이트 에스테르 폴리올을 포함하는 폴리올을 중합한 후 친수화제와 반응시켜 얻은 비이온성 폴리카보네이트 에스테르 폴리우레탄일 수 있다.
상기 고형 윤활제는 플루오로폴리머(예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 등), 고형 탄화수소 왁스(예컨대 폴리올레핀 왁스 또는 미분화된(micronised) 폴리프로필렌 왁스 등) 및 미네랄 윤활제(예컨대, 탈크, 몬모릴로나이트, 몰리브덴 디설파이드, 그라파이트, 징크 설파이드 또는 트리칼슘 포스페이트 등)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. 상기 고형 윤활제는 물, 유기 용매 혹은 이들의 혼합물에 분산된 분산액 형태로 이용될 수 있다.
상기 폴리우레탄과 고형 윤활제는 5:95 내지 50:50 혹은 10:90 내지 30:70의 중량 비율로 혼합될 수 있다.
상기 탑 코팅 조성물은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 방식으로 도포될 수 있다. 일 예로, 상기 탑 코팅 조성물은 그라비아 코팅롤을 이용하여 상기 베이스 코팅층 상에 균일하게 도포될 수 있다. 상기 탑 코팅 조성물의 도포량은 약 0.1 내지 10 g/m2, 약 0.1 내지 5 g/m2, 혹은 약 1 내지 5 g/m2로 조절될 수 있다.
상기 다른 일 구현예에 따른 에어백 원단은 전술한 구성 외에 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 공지의 구성을 추가로 포함할 수 있다.
발명의 일 구현예에 따른 코팅 조성물은 섬유 기재와 우수한 접착성을 나타내며 섬유 기재에 코팅되어 이의 기밀성을 향상시키면서도 유연성 등 섬유 기재의 제반 특성을 우수한 수준으로 유지하여, 작은 공간에도 컴팩트하게 폴딩되어 수납 가능하며 장기간 보관 후에 전개되더라도 우수한 기밀성을 나타내는 에어백 원단을 제공할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 코팅된 에어백 원단의 제조
1) 베이스 코팅 조성물의 제조
지방족 폴리카보네이트 에스테르-폴리에테르 폴리우레탄 분산액(COVESTRO社의 Impranil DLU)에 상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 고형분의 함량이 30 중량부가 되도록 폴리비닐부티랄 분산액(SHARK SOLUTIONS社의 SharkDispersion-PI5)을 첨가하고 혼합하였다.
그리고, 상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 5 중량부의 블록형 이소시아네이트계 가교제(COVESTRO社의 Imprafix 2794), 5 중량부의 아크릴계 증점제(Borchers社의 Borchi Gel A LA), 10 중량부의 난연제(KhaiEL社의 FlamEL RFL 2.2), 3 중량부의 산화방지제(Songwon社의 Songnox 2450DW) 및 0.1 중량부의 안료(Wooshin社의 Aqualor Green 483L)를 첨가하여 15,000 cps의 점도를 갖는 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 점도는 ASTM D2196에 따라 Brookfield 점도계(RVDV-II+Pro)를 이용하여 25℃에서 측정한 값이다.
2) 탑 코팅 조성물의 제조
음이온 폴리카보네이트 에스테르 폴리우레탄 분산액(COVESTRO社의 Impranil DLC-F)과 탈크 분산액(자인SI, INT KLTC-100)을 이들의 고형분 중량 비율이 20:80이 되도록 혼합하여 탑 코팅 조성물을 제조하였다.
3) 에어백 원단의 제조
약 500 denier의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 사용하여 자카드직기에서 일체형 직조 방식에 의해 에어백용 섬유 기재를 제조하였다. 상기 섬유 기재의 경사 밀도는 57 th/inch이고, 위사 밀도는 48 th/inch이었다. 상기 섬유 기재는 정련조 및 수세조를 순차적으로 통과한 후 건조되었다.
상기 섬유 기재에 앞서 제조한 베이스 코팅 조성물을 최종 도포량이 30 g/m2가 되도록 나이프 코팅 방식으로 균일하게 도포하였다. 이렇게 얻어진 코팅막은 온도가 점진적으로 높게 설정된 다수의 챔버를 통과하면서 건조 및 경화되었고, 상기 다수의 챔버들의 온도는 약 10 ℃ 안팎의 오차 범위 내에서 약 80℃에서 150℃ 사이로 조절되었다.
이후, 연속 공정으로 상기 베이스 코팅층 상에 앞서 제조한 탑 코팅 조성물을 최종 도포량이 약 3 g/m2가 되도록 그라비아 코팅롤을 이용하여 도포하고 건조한 후 180℃에서 열처리하여 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
실시예 2: 코팅된 에어백 원단의 제조
상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 폴리비닐부티랄 분산액의 고형분 함량이 12 중량부가 되도록 상기 폴리비닐부티랄 분산액의 첨가량을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
실시예 3: 코팅된 에어백 원단의 제조
상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 폴리비닐부티랄 분산액의 고형분 함량이 45 중량부가 되도록 상기 폴리비닐부티랄 분산액의 첨가량을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 1: 코팅된 에어백 원단의 제조
상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 폴리비닐부티랄 분산액의 고형분 함량이 5 중량부가 되도록 상기 폴리비닐부티랄 분산액의 첨가량을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 2: 코팅된 에어백 원단의 제조
상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 폴리비닐부티랄 분산액의 고형분 함량이 55 중량부가 되도록 상기 폴리비닐부티랄 분산액의 첨가량을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 3: 코팅된 에어백 원단의 제조
폴리비닐부티랄 분산액을 첨가하지 않고, 상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대하여 블록형 이소시아네이트계 가교제 함량이 10 중량부가 되도록 상기 블록형 이소시아네이트계 가교제의 첨가량을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 4: 코팅된 에어백 원단의 제조
폴리비닐부티랄 분산액을 첨가하지 않고, 블록형 이소시아네이트계 가교제 대신 폴리카보디이미드계 가교제(Nisshinbo社의 Carbodilite E-03A)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
시험예: 코팅된 에어백 원단의 물성 평가
실시예 및 비교예에서 제조한 코팅된 에어백 원단에 대하여 하기 기재된 방법에 따라 코팅 중량, 에이징 전 후의 내스크럽성, 강연도, 인열강도 및 내압유지율을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1) 코팅 중량
ISO 3801 방법에 의거하여 샘플을 제조하고 코팅 중량을 측정하였다. 구체적으로, 샘플링 전용 원형 커터기를 이용하여 코팅되지 않은 에어백 원단(에어백용 섬유 기재)과 코팅된 에어백 원단을 단면적이 1 m2인 원형 시편으로 재단하였다. 이후, 저울을 이용하여 원형 시편의 무게를 측정하고, 하기 식 1에 대입하여 코팅 중량을 구하였다.
[식 1]
코팅 중량(g/m2) = 코팅된 에어백 원단 중량(g/m2) - 코팅되지 않은 에어백 원단(g/m2)
2) 에이징 전 후의 내스크럽성
ISO 5981 규격에 따라 50 X 50 mm 사이즈의 경사 및 위사 방향에 대한 내스크럽성 측정용 시편을 각각 준비하고 코팅된 에어백 원단의 경사 및 위사 방향에 대한 내스크럽성을 각각 측정하였다.
구체적으로, 시편의 코팅층이 위로 향하게 한 후 양 말단을 고정하였다. 그리고, 고정된 시편을 10 N의 하중 하에서 3.0 cycle/sec 속도로 반복적으로 rubbing시켜 코팅층의 박리 유무를 관찰하였다. 만일 200 회(strokes) 이상 rubbing하더라도 코팅층이 박리되지 않았다면, 50 회(strokes)씩 순차적으로 러빙 횟수를 증가시켜 코팅층의 박리 여부를 관찰하였으며, 코팅층이 벗겨지는 strokes를 내스크럽성으로 규정하였다.
한편, 코팅된 에어백 원단으로부터 50 X 50 mm 사이즈의 경사 및 위사 방향에 대한 내스크럽성 측정용 시편으로 제조하고, 이를 70±2 ℃의 온도 및 95±2 %의 상대 습도 하에 408 시간 동안 방치하고, 다시 실온에서 24 시간 동안 방치함으로써 에이징(aging)하였다. 에이징된 시편에 대해 상기 기재된 방법으로 내스크럽성을 측정하였다.
3) 강연도 (Stiffness)
코팅된 에어백 원단으로부터 100 X 100 mm 사이즈의 경사 및 위사 방향에 대한 강연도 측정용 시편을 제조하고, 코팅층이 서로 접하도록 폴딩하였다. 그리고, 이를 ASTM D4032 규격에 따라 Circular Bend Stiffness 측정 장치에 시편을 장착한 후, plunger를 2,000 mm/min 속도로 하강시켜 이 때 걸리는 하중을 디지털 게이지를 이용하여 측정하였다.
4) 인열강도 (Tear strength)
코팅된 에어백 원단으로부터 150 X 200 mm 사이즈의 경사 및 위사 방향에 대한 인열강도 측정용 시편을 제조하였다. 그리고, 만능시험장비(UTM)를 이용하여 ISO 13937-2에 규정되어 있는 tongue method로 상기 시편의 인열강도를 측정하였다. 구체적으로, 경사 방향에 대한 인열강도 측정용 시편은 경사 방향으로, 그리고 위사 방향에 대한 인열강도 측정용 시편은 위사 방향으로 100 mm/min의 속도로 인장하여 인열강도를 측정하였다.
5) 내압 유지율
자체 내부시험 규격에 의해 에어백의 내압 성능을 평가하였다. 내압 성능 평가를 위해 시험 장치로는 MICROSYS社의 SUREFIRE airbag deployment system을 사용하였고, 기체로는 질소(N2) 가스를 사용하였다.
코팅된 에어백의 부피를 감안하여 에어백의 초기 최대 내압이 100 kpa이 되도록 인플레이팅 압력 조건을 설정하여 에어백을 전개 팽창하였다. 그리고, 쿠션에 부착된 압력센서를 통하여 시간 경과에 따른 압력 변화를 실시간으로 측정하였다. 상기 실험에서 얻어진 시간 경과에 따른 내압 변화 그래프를 통해, 에어백이 최대로 전개한 시점(초기 최대 내압이 측정된 시점)부터 6 초 경과 후 내압을 하기 식 2에 대입하여 내압 유지율을 산출하였다.
[식 2]
내압 유지율(%) = 6 초 후 내압 / 초기 최대 내압 X 100
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
PVB1) 30 12 45 5 55 0 0
가교제종류/함량2) A / 5 A / 5 A / 5 A / 5 A / 5 A / 10 B / 5
코팅중량(g/m2) 35.2 34.8 33.5 33.4 34.1 35.0 33.9
에이징 전 내스크럽성(경사, stokes) 1200 800 1000 600 1000 600 500
에이징 전 내스크럽성(위사, stokes) 1000 600 900 500 1000 600 400
에이징 후 내스크럽성(경사, stokes) 800 600 800 300 800 300 300
에이징 후 내스크럽성(위사, stokes) 800 600 600 300 800 250 300
강연도(경사, N) 28.3 29.3 25.5 32.3 30.2 38.4 33.4
강연도(위사, N) 25.2 28.7 26.6 33.5 30.5 37.5 32.2
인열강도(경사, N) 189.3 160.3 152.7 140.2 152.8 101.2 125.8
인열강도(위사, N) 202.4 175.2 168.7 150.0 160.2 115.3 140.7
내압 유지율(%) 68 54 40 56 35 50 44.2
1) 상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대한 폴리비닐부티랄 분산액의 고형분 함량으로서, 단위는 중량부이다.
2) 가교제 종류/함량은 사용된 가교제의 종류 및 함량을 나타내며, A는 블록형 이소시아네이트계 가교제(COVESTRO社의 Imprafix 2794)이고, B는 폴리카보디이미드계 가교제(Nisshinbo社의 Carbodilite E-03A)이며, 가교제 함량은 상기 폴리우레탄 분산액 고형분 100 중량부에 대한 가교제의 함량으로서, 단위는 중량부이다.
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3과 같이 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리우레탄 100 중량부에 대해 폴리비닐부티랄을 10 내지 50 중량부로 포함한 코팅 조성물로 형성된 코팅층은 폴리비닐부티랄을 사용하지 않거나 상기 수치 범위 밖으로 사용한 비교예 1 내지 4 대비 우수한 물성을 나타내는 것이 확인된다.

Claims (8)

  1. 폴리우레탄 100 중량부 및
    폴리비닐부티랄 10 내지 50 중량부를 포함하는 코팅 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 중합체로서, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 도데칸메틸렌 디이소시아네이트, 1,4-디이소시아네이토시클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 4,4'-디이소시아네이토-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 4,4'-디이소시아네이토-2,2-디시클로헥실프로판, 1,4-디이소시아네이토벤젠, 2,4-, 2,5- 또는 2,6-디이소시아네이토톨루엔, 4,4'- 2,4- 또는 2,2'-디이소시아네이토디페닐메탄, 4,4'-, 2,4'- 또는 2,2'-디이소시아네이토-2,2-디페닐프로판-p-크실렌 디이소시아네이트 및 α,α,α',α'-테트라메틸-m- 또는 -p-크실렌 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 폴리이소시아네이트 유래의 잔기를 포함하는, 코팅 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 중합체로서, 분자량이 50 내지 500 g/mol인 지방족 폴리올 유래의 잔기; 또는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에스테르 에테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리카보네이트 에테르 폴리올 및 폴리카보네이트 에스테르 폴리올로 이루어진 군에서 선택된 중량 평균 분자량이 300 내지 4000 g/mol인 올리고머성 폴리올 유래의 잔기를 포함하는, 코팅 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리우레탄은 A) 폴리이소시아네이트와, B-1) 폴리카보네이트 폴리올 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리올; 및 B-2) 폴리에테르 폴리올을 포함하는 B) 폴리올의 중합체로서, B-1) 폴리카보네이트 폴리올 혹은 폴리카보네이트 에스테르 폴리올과 B-2) 폴리에테르 폴리올의 중량 비율은 20:80 내지 80:20인, 코팅 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐부티랄은 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 반복 단위를 포함하거나, 혹은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 반복 단위를 포함하는, 코팅 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00004

    [화학식 2]
    Figure pat00005

    [화학식 3]
    Figure pat00006
    .
  6. 섬유 기재; 및
    상기 섬유 기재 상에 제 1 항의 코팅 조성물을 코팅하여 형성된 코팅층을 포함하는, 에어백 원단.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 섬유 기재는 원 피스 우븐 직물인, 에어백 원단.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 코팅층 상에 폴리우레탄 및 고형 윤활제를 포함하는 탑 코팅 조성물을 코팅하여 형성된 탑 코팅층을 추가로 포함하는, 에어백 원단.
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