KR20210087473A - 수용성 재료의 용해, 유화 또는 분산과 계면활성제의 사용을 통한, 진균 재료용 피니싱재의 개선된 침투 및 부착 개선 - Google Patents

수용성 재료의 용해, 유화 또는 분산과 계면활성제의 사용을 통한, 진균 재료용 피니싱재의 개선된 침투 및 부착 개선 Download PDF

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퀸 밀러
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Abstract

물에 분산된 최적량의 생물 분해성 폴리락트산 플라스틱(PEA)을 포함하여 PEA 혼합물을 제조하는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재가 제공된다. PEA 혼합물이 진균 재료에 적용되면, 물은 PEA를 진균 균사 매트릭스의 심부, 즉 진균 재료의 적어도 1% 또는 적어도 2 N/10 mm 둘 중 더 깊은 깊이까지 운반한다. 피니싱재는, 물이 증발하여 진균 재료상에 PEA 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 균사 구조를 강화한다.

Description

수용성 재료의 용해, 유화 또는 분산과 계면활성제의 사용을 통한, 진균 재료용 피니싱재의 개선된 침투 및 부착 개선
관련 출원
본 출원은 그 개시내용이 본원에 전체로서 첨부되어 있는 미국 가명세서 특허출원 제62/750358호(2018년 10월 25일 출원)의 이익을 주장한다.
본 발명의 기술 분야
본 발명은, 일반적으로 진균 재료에 적용된 피니싱재(finish), 더욱 구체적으로 진균 재료에의 부착성과 침투성이 개선된 피니싱재에 관한 것이다.
진균 재료가 다양한 기계적 및 물리적 용도를 가지는 다용도 생물 재료로서 부상하고 있다. 진균 재료의 이와 같은 출현 양상 중 한 가지로서는 직물, 즉 신발, 가방 및 옷과 같은 완성품 제작에 사용되는 얇은 시트, 그리고 가요성 패브릭이 사용되는 임의의 용례에 사용되는 직물이 있다. 진균 재료가 이러한 응용예에 유용하기 위해서는 적합한 기계적 특성, 예컨대 인장 강도, 인열 강도, 재봉가능성(stitchability), 내마모성, 염색견뢰도, 이염성(dye transfer), 내굴곡성, 층 부착성(ply adhesion), 표면 부착성 및 피니시재 부착성를 포함하되, 이에 한정되는 것은 아닌 기계적 특성을 구현하도록 가공되어야 한다.
유연성과 가요성을 가지고 패브릭과 유사한 재료, 예컨대 레더(leather) 및 기타 직물에 대한 통상의 기계적 특성 프로필은, 큰 강도와 인열 저항을 보일 수 있지만; 상기 재료를 직물로서 바람직하도록 만드는 유연성은 매우 크므로 이 기계적 특성 프로필은 마모시 잘 발현되지 않을 수 있다. 다시 말해서, 직물은 인장 강도가 클 수 있지만, 이 재료의 표면층은 마찰시 마모될 수 있을 뿐더러 만일 재료가 염색된 것이라면, 일상적인 사용시 마찰이 일어날 때(예컨대 블라우스를 입고 있는 사람이 핸드백을 들었을 때 이 핸드백과 블라우스가 닿는 면의 경우) 다른 물체에 이염을 일으킬 수 있다.
진균 재료는 흡수성이 매우 커서, 진균이 살아있거나 생장 중일 때 자연 함수량이 통상 85%를 초과할 정도이다. 이 재료의 스폰지와 유사한 성질로 말미암아 흡수성이 큰데, 그로 인하여 다량의 물이 개별 균사들 사이의 간극 공간, 이 균사를 구성하는 물질, 그리고 일반적으로는 균사체 전반에 걸쳐 존재하는 빈 공간에 흡수된다. 코팅재가 물에 용해, 유화 또는 분산되거나, 또는 이러한 코팅재가 미셀로 둘러싸여 콜로이드 용액에 분산된 다음 진균 재료에 적용되면, 물은 코팅재와 함께 진균 재료의 미세 구조와 대형 구조 둘 다의 심부까지 흡수된다.
진균 재료용 수계 피니싱재는 다른 방법을 통해서는 달성될 수 없는 환경상 이점과 성능상 이점을 제공한다. 예를 들어 이 수계 피니싱재는 독성 용매계 피니싱재를 대체할 수 있을 뿐 아니라 침투성이 더 크고 부착성이 더 뛰어난 피니싱재로 제조될 수 있다. 마찬가지로 균사체는 자연상 고분자량 재료, 예컨대 고분자 윤활제 및 오일의 침투에 대해 저항성을 보이지만, 균사체는 친수성이 매우 커서 수계 용액, 에멀전 및 분산액을 흡수한다. 더욱이 계면활성제의 사용은 또한 어떤 물질을 흡수하는 것이 아니라 흡착하는 경향을 무력화할 수 있으며, 이로써 침투에 필요한 분자는 변별적 pH를 보이는(즉 양이온 하전 또는 음이온 하전된) 패키지(package) 내부에 들어가 둘러싸이게 되고, 그 결과 코팅재와 기타 화학물질의 흡수를 촉진하는데 이온력(ionic force)이 사용될 수 있게 된다.
피니싱재를 진균 재료에 적용하는 종래의 방법은, 열과 압력을 가하거나 독성 용매를 사용하여 생물 분해성 중합체, 예컨대 폴리에스테르폴리(L-락트산)(이하 "PLA") 또는 기타 폴리하이드록시산을 적용하는 것을 포함한다. 예를 들어 PLA 박막은 열과 압력을 이용하여 압연 적층기와 같은 기계로 진균 재료에 적층될 수 있다. 뿐 아니라, PLA 또는 기타 생물 분해성 중합체는, 이 중합체를 염소화 유기 용매, 예컨대 염화메틸렌에 용해한 다음, 이 용액을 브러시 또는 분사기로 표면에 적용함으로써도 또한 적용될 수 있다. 용매가 증발함에 따라 PLA 또는 기타 새체분해성 중합체의 층은 남게 되고, 이로써 이 재료는 코팅되는 것이다. 그러나 그 어떤 방법도 강력하게 부착되거나 심부까지 침투되는 층을 만들지 못했는데; 다시 말해서 코팅은 단지 흡착될 뿐, 균사체와 코팅의 상호 침투는 일어나지 않고 분자의 별도 층을 만들 뿐이었다. 더욱이 용매법은 유의미한 환경 문제와 작업장 안전 문제도 일으켰다.
따라서 진균 재료용으로서, 내마모성이 개선된 피니싱재와, 이 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법이 필요하다. 이러한 내마모성 피니싱재는 개선된 부착성과 진균 재료에의 침투성을 제공할 것이다. 이러한 피니싱재는 그 어떠한 독성 화학물질도 사용하지 않을뿐더러 유해한 부작용도 일으키지 않을 것이다. 더욱이, 이러한 피니싱재는 진균 재료의 내마모성, 크로킹(crocking)에 대한 염색 견뢰도, 이염성 문제 및 내수성을 개선할 것이다. 더욱이 이처럼 내마모성이 개선된 피니싱재는 열, 압력 또는 임의의 독성 용매와 같이 피니싱재를 진균 재료에 적용하기 위한 특정 조건을 필요로 하지 않을 것이다. 게다가 이러한 내마모성 피니싱재는 그 어떠한 환경 문제와 작업장 관련 문제도 일으키지 않을 것이다. 본 구현예는 이와 같이 중대한 목적들을 달성함으로써 당 분야에 존재하였던 단점들을 해결해준다.
기존의 시스템과 방법에서 발견되는 한계들을 최소화하기 위해, 그리고 본 명세서를 읽었을 때 자명해질 기타 한계들을 최소화하기 위해, 본 발명의 바람직한 구현예는 진균 재료용 내마모성 피니싱재와, 이 내마모성 피니싱재를 제조하여 진균 재료에 적용하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 내마모성 피니싱재는 물에 분산되어 혼합물을 제조하는 최적량의 생물 분해성 중합체를 포함한다. 일 구현예에서, 중합체는 본원에서 오로지 예시의 목적으로 사용될 PLA이다. 이 예에서, 물에 분산된 PLA의 농도는 0.1% ~ 50%의 범위이다. PLA 혼합물이 진균 재료에 적용될 때, 물은 PLA를 진균 균사 매트릭스 심부까지 운반하고, 물이 증발하여 진균 재료상에 코팅이 형성됨에 따라 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 균사 구조를 보강한다. 환경 문제는 PLA를 물에 분산시킴으로써 많이 최소화된다.
진균 재료용 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법은, 생물 분해성 폴리락트산(PLA) 최적량을 제공하는 단계, 최적량의 생물 분해성 PLA를 물에 분산시켜 PLA 혼합물을 제조하는 단계 및 PLA 혼합물을 진균 재료상에 적용하여, 물이 PLA를 진균 재료의 심부까지 운반하도록 만드는 단계를 포함한다. 그 다음, 이 방법은 물이 증발함에 따라 진균 재료상에 PLA 코팅이 형성되고, 내마모성 및 내수성(water resistance) 개선이 동반되며 진균 재료가 건조되는 것을 허용한다. 본원에서는 PLA에 관한 다수의 단계가 기재되어 있지만, 기타 생물 분해성 중합체가 이 PLA를 대신할 수 있음이 이해될 것이다.
본 구현예의 제1 목적은 진균 재료용으로서, 내마모성이 개선된 피니싱재와, 이 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 구현예의 제2 목적은 진균 재료에 개선된 부착성과 침투성을 제공하는 내마모성 피니싱재를 제공하는 것이다.
본 구현예의 제3 목적은 그 어떠한 독성 화학물질을 사용하지 않아서, 유해한 부작용을 최소화하는 내마모성 피니싱재를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 목적은 개선된 내마모성, 크로킹에 대한 염색 견뢰도, 감소한 이염성 및 내수성을 진균 재료에 제공하는 피니싱재를 제공하는 것이다.
본 구현예의 제5 목적은 진균 재료에 피니싱재를 적용함에 있어 열, 압력 또는 임의의 독성 용매와 같은 특정 조건을 필요로 하지 않는, 내마모성이 개선된 피니싱재를 제공하는 것이다.
본 구현예의 또 다른 목적은 환경 문제 및 관련된 작업장 문제를 최소화하거나 없앤 내마모성 피니싱재를 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 이점들과 기타 이점들은 본 발명을 당업자가 이해할 수 있도록 만들기 위해 구체적으로 기술된다.
명확성을 높이고, 다양한 요소와 구현예에 대한 이해를 향상시키기 위해, 도면중의 요소들은 반드시 어떤 비율로 도시되어야 하는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명의 다양한 구현예에 대한 명확한 도면을 제공하기 위하여, 당업자들에게 일반적인 것으로 공지되었고 잘 이해되는 요소는 도시되어 있지 않다. 그러므로 도면은 명확성과 간결성을 추구하는 형태로 일반화된다.
도 1a는 진균 재료에 적용된 선행 기술의 수불용성 PLA 코팅 이미지를 도시하는 것이고;
도 1b는 다른 진균 재료에 적용된 선행 기술의 수불용성 PLA 코팅 이미지를 도시하는 것이고;
도 2a는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 진균 재료에 적용된 내마모성 피니싱재의 이미지를 도시하는 것이고;
도 2b는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 다른 진균 재료에 적용된 내마모성 피니싱재의 이미지를 도시하는 것이고;
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 내마모성 코팅을 제조하여 이를 진균 재료에 적용하기 위한 방법의 흐름도를 도시하는 것이다.
본 발명의 다수의 구현예 및 응용예를 다루는 이하 논의에서는, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 구현예를 예시함으로써 도시된 첨부 도면이 참조된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 구현예가 이용될 수 있고 변화가 가하여질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
서로 독립적으로 또는 다른 특징과 조합하여 각각 사용될 수 있는 다양한 진보적 특징들이 이하에 기술된다. 그러나 본 발명의 임의의 특징 하나는 앞서 논의된 문제들 중 그 어느 것도 해결할 수 없거나, 아니면 앞서 논의된 문제들 중 하나만을 해결할 수 있다. 또한, 앞서 논의된 문제들 중 하나 이상은 이하 기술된 특징들 중 임의의 것에 의해 완전히 해결되지 않을 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태의 것을 나타내는 "하나의(a)", "한(an)" 및 "본(the)"은 문맥상 달리 명시되어 있지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 본원에 사용된 "및"은 달리 명시되어 있지 않는 한 "또는"과 호환되어 사용된다. 본원에 사용된 바와 같은 "약"이란 용어는, 나열된 매개 변수의 +/- 5 %를 의미한다. 본 발명의 임의의 측면에 관한 모든 구현예는 문맥상 달리 명시되어 있지 않는 한 조합하여 사용될 수 있다.
문맥상 명백하게 달리 요구되지 않는 한, 발명의 설명과 특허청구의 범위 전체에서 "포함하다", "포함하는" 등의 단어는 배타적이거나 엄격한 의미가 아닌 포괄적인 의미, 즉 "~을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아닌"의 의미로 해석되어야 할 것이다. 단수 또는 복수를 사용하는 단어는 각각 복수 및 단수를 포함한다. 또한, "본원에", "단", "반면에", "상기" 및 "이하"라는 단어와, 유사한 의미의 단어가 본 출원에 사용될 때, 이 단어들은 본 출원의 어떤 특정의 일부가 아니라 본 출원 전체에 대해 지칭하는 단어일 것이다. 마지막으로 본원의 다수의 예들에는 생물 분해성 중합체 PLA가 기재되어 있지만, 본 방법과 조성물은 균등하게 기타 폴리하이드록시 산(acid)도 포함할 수 있거나, 또는 그 점에 대해서 임의의 폴리에스테르 또는 임의의 생물 분해성 중합체도 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 관한 기술은 엄격한 것도, 그리고 본 발명을, 개시되어 있는 정확한 형태로 제한하기 위한 것도 아니다. 본 발명의 특정 구현예들과 예들은 예시의 목적으로 본원에 기술된 것으로서, 유관 분야의 숙련자들이 인식할 수 있을 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 균등 범위 내에서 수정이 이루어질 수 있다.
본 발명은 내마모성, 크로킹에 대한 염색 견뢰도, 이염성, 내수성 및 기타 속성들을 개선하기 위한, 진균 재료용 수계 피니싱재에 관한 것이다. 수계 피니싱재에 의해 제공되는 이점들은 부분적으로는 종래 방법에 비해 더 큰, 피니싱재의 침투성과 부착성으로부터 기원한다.
도 1a 및 도 1b를 참조할 때, 수불용성 PLA 코팅으로 코팅된 선행 기술 진균 재료의 이미지가 도시되어 있다. 기타 생물 분해성 중합체가 대신할 수 있음이 이해될 것이다. PLA는 수불용성 염소화 용매에 의해 진균 재료에 적용된다. 이로부터 생성된 PLA 층은 침투성이 작을 뿐 아니라 부착성도 작아서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 굴곡되었을 때 진균 기질과 PLA 사이의 층 분리가 일어난다.
도 2a 및 도 2b에는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 것으로서, 진균 재료(100)에 적용된 내마모성 피니싱재(102)의 이미지가 도시되어 있다. 바람직한 구현예는, 진균 재료(100)에 적용되었을 때 큰 침투성과 큰 부착성을 보이는 내마모성 피니싱재(102)를 제공한다. 진균 재료(100)는, 바람직하게 균사체이다. 내마모성 피니싱재(102)는 물에 분산되어 폴리락트산(PLA) 혼합물을 제조하는 생물 분해성 PLA 플라스틱 최적량을 포함한다. 생물 분해성 PLA 최적량은 진균 재료(100)에 적용될 PLA 코팅의 두께와, 진균 재료(100)의 표면 밀도에 따라 달라진다. 물에 분산된 PLA 농도는 0.1% ~ 50%의 범위일 수 있다. PLA의 수분 함량에 따라서, 이 PLA가 적용될 진균 재료(100) 표면으로의 침투를 촉진하기 위해 추가의 수분이 또한 PLA 분산액에 포함될 수 있다.
PLA가 물에 분산되어 PLA 혼합물을 제조할 때, 환경 문제는 많이 최소화된다. 물이 진균 재료(100)에 적용될 때, 물은 친수성 진균 재료(100) 미세 구조 및 대형 구조의 더 깊은 심부에까지 PLA를 운반한다. PLA는 진균 재료(100) 두께의 적어도 1% 또는 적어도 20 마이크로미터 둘 중 더 얕은 깊이까지 운반된다. 재료의 두께가 적어도 0.5 mm ~ 5 mm인 구현예들에서, 적어도 1%의 깊이는 적어도 5 마이크론 ~ 50 마이크론의 침투를 초래한다. PLA는 진균 재료(100)의 심부에까지 침투하여, 내마모성과 내수성 개선을 동반하며 균사 구조를 강화하고, 복합 PLA 코팅이 진균 재료(100) 상단에 부착되도록 만든다. PLA가 수중 분산을 통해 진균 재료(100)에 적용될 때, 이로부터 형성된 PLA 코팅층은 높은 침투성 및 높은 부착성 둘 다를 갖게 되며, 그 결과 굴곡시 PLA 코팅과 진균 재료(100)간 강력한 응집이 달성된다(도 2a 및 도 2b 참조). 제조된 진균 재료는 자체의 피니싱재를 재료 두께의 적어도 1% 또는 20 마이크로미터 둘 중 더 얕은 깊이까지 침투시키는데, 이때 피니싱재의 부착력은 ISO 11644:2009에 따르면 2 N/10 mm를 초과한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, PLA 코팅은 폴리우레탄, 아크릴, 수지 또는 실리콘을 포함하고, 진균 재료(100)에 적용되어, 내마모성, 내수성, 색변환성(color transfer), 내광성, 손에 닿는 촉감 및 색을 개선한다. 이러한 PLA 코팅은 이소프로필 알코올, 글리콜 또는 글리세롤을 포함하는 수용성 용매와 계면활성제, 또는 용해증진제를 이용하여 적용될 수 있다. 이러한 코팅은 특성들의 원하는 조합을 달성하기 위해 분사기 또는 압연 이송장치(roll-transfer)를 통해 다단계로 적용되는데, 예컨대 부착을 촉진하기 위한 폴리우레탄 또는 아크릴 함유 층이 적용된 다음, 착색 안료, 기타 아크릴, 실리콘, 수지 또는 폴리우레탄 등을 함유하는 추가 층이 적용되되, 층 적용 사이에는 건조가 이루어지고, 적용 이후에는, 예컨대 가열된 압연기를 통해 가열 및 압착된다. 따라서 PLA 코팅은 폴리우레탄, 아크릴, 수지 또는 실리콘 풍부 층이 ISO 11644:2009에 따라 10 mm당 2 뉴톤 이상의 부착 강도로 진균 재료(100) 표면에 부착되는 구조를 이룬다.
본 발명의 일 구현예에서, 내마모성 피니싱재(102)의 효용도를 개선하기 위해 적어도 하나의 계면활성제가 내마모성 피니싱재(102)에 첨가된다. 적어도 하나의 계면활성제가 3부 레더 분사기 코팅 공정에서 수계 부착성 PLA 코팅에 첨가되고, 그 결과 부착성 PLA 코팅의 효용도가 개선된다. 바람직한 구현예에서, 물 200부 ~ 800부, 폴리우레탄 결합제 200부 ~ 400부, 이소프로필 알코올 200부 ~ 800부, 및 2-부톡시에탄올 10부 ~150부가 혼합된 다음, 진균 재료(100)상에 분사된다. 계면활성제 첨가는 PLA 코팅의 표면 장력을 낮추는 역할을 하고, 진균 표면의 습윤을 촉진하며, 수계 피니싱재(102)를 진균 재료(100)의 심부까지 끌어들인다.
이 구현예에서, 계면활성제가 추가되면, 피니싱재(102)의 표면 장력이 낮아지고, 침투성도 또한 개선된다. PLA 코팅은 밑에 깔려있는 진균 재료(100)에 부착성을 제공한 다음, 착색 코팅을 제공하는 착색 안료를 제공하며, 상단 코팅은 내마모성 및 기타 요망되는 품질을 부여한다. 계면활성제가 수계 PLA 베이스코팅에 첨가되면, 표면 장력이 낮아지고, 또 다른 층 2개의 침투성 및 부착성은 개선된한다.
계면활성제는 보통 소수성기와 친수성기 둘 다 가지는 양친매성 유기 화합물이다. 계면활성제는 수불용성 성분과 수용성 성분 둘 다와 함께 수중에서 확산되어 계면에 흡착될 것이다. 수불용 소수성기는 부피가 큰 수상으로부터 뻗어 나와 공기쪽을 향하는 반면, 수용성 헤드기(head group)는 수상 내부에 남게 된다.
습윤성은 분자 두 개가 모였을 때 분자 간 상호작용으로 인하여 액체가 고체 표면과 접촉을 유지하는 능력이다. 습윤도(습윤능)는 부착력과 응집력간 힘의 균형에 의해 결정된다. 액체와 고체간 부착력은 액적이 표면을 가로질러 퍼지도록 만든다. 액체 응집력은 소적(drop)들이 모여 공의 형태를 이루면서 표면과 접촉하지 못하도록 만든다. 계면활성제는 부착력과 응집력의 균형을 개선하여 습윤을 촉진하는데 사용될 수 있다.
접촉각(θ)은 액체-증기 계면이 고체-액체 계면을 만났을 때의 각도이다. 접촉각은 부착력과 응집력간 균형에 의해 결정된다. 소적이 편평한 고체 표면 위로 퍼져나가는 경향이 증가함에 따라 접촉각은 감소한다. 그러므로 접촉각은 습윤능의 역의 척도를 제공한다.
접촉각이 90°미만임은(낮은 접촉각) 보통 표면의 습윤이 매우 유리하여, 유체가 표면의 넓은 구역위로 퍼져나갈 것임을 나타낸다. 접촉각이 90°이상임은(높은 접촉각) 일반적으로 표면의 습윤이 불리하여, 유체가 표면과의 접촉을 최소화하도록 작은 액체 소적을 생성할 것임을 의미한다.
계면활성제의 습윤 특징을 이해하기 위한 모델 한 가지가 과잉 자유 에너지(excess free energy)로서 공지되어 있다. 어떤 계의 과잉 자유 에너지는 등온 등압 열역학계로부터 수득될 수 있는 유용한 일(work)이다. 고체 기질상에 적층된 액적의 과잉 자유 에너지 Φ는 하기와 같이 제시된다:
Φ = γS + PV + πR2(γsl - γsv) (등식 1)
상기 식에서, S는 액체-증기 계면의 면적이고; P=Pa - Pl는 액체 내부 과잉 압력이고; Pa 및 Pl은 각각 주위 기압 및 액체 내부 압력이고; R은 소적 베이스(droplet base)의 반경이고; γ, γsl 및 γsv는 각각 액체-증기, 고체-액체 및 고체-증기 계면 장력이다. 등식 1의 우측 끝 항은 액적으로 덮인 표면의 에너지와, 동일 고체 표면 중 액적이 존재하지 않는 표면의 에너지 사이의 차이를 제공한다. 등식 1은 (a) 액체-증기 계면 장력이 감소하고; (b) 고체-액체 계면 장력이 감소하며; (c) 고체-증기 계면 장력이 증가하면, 과잉 자유 에너지가 감소함을 보여준다.
계면활성제가 존재할 때, 이하와 같은 액체로부터 계면 3가지 모두로의 3가지 이송 과정, 즉 (i) 내부 고체-액체 계면과 (ii) 액체-증기 계면 둘 다에서의 계면활성제 흡착, 그리고 (iii) 노출된 기질상 소적으로부터, 이 소적 앞 고체-증기 계면으로의 계면활성제 분자 이송이 일어난다. 흡착 과정 (i) 및 (ii)는 상응하는 계면 장력 γsl 및 γ의 감소를 초래한다. 계면활성제 분자의, 소적 앞 고체-증기 계면으로의 이송은 국소 자유 에너지(local free energy) 증가를 초래한다. 전체적으로 이 과정들은 계의 과잉 자유 에너지 감소를 유도하고, 그 결과 접촉각 감소와 습윤 증가가 초래된다. 진균 재료(100)용 수계 내마모성 피니싱재(102)의 부착 및 침투는 진균 재료(100)내 습윤각을 감소시키고 이의 습윤을 개선하는 계면활성제를 첨가함으로써 개선될 수 있다.
도 3은 진균 재료용 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 본 방법은 생물 분해성 폴리락트산(PLA)의 최적량을 제공하는 단계(블록 202 참조), 생물 분해성 PLA 최적량을 물에 분산시켜 PLA 혼합물을 제조하는 단계(블록 204 참조), 그 다음 PLA 혼합물을 진탕 또는 교반하여, PLA 성분이 물에서 분리되거나 침전하는 것을 막는 단계(블록 206 참조), PLA 혼합물을 진균 재료에 적용하여, 물이 PLA를 진균 매트릭스의 심부까지 운반하도록 만드는 단계(블록 208 참조), 물이 증발하여 진균 재료상에 PLA 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 진균 재료가 건조되는 것을 허용하는 단계(블록 210 참조), PLA가 코팅된 진균 재료를 고온에서 압착하여 가교를 촉진함으로써 수분이 존재할 때 더 큰 내수성과 더 작은 분해 감수성을 달성하는 단계(블록 212 참조)를 포함한다.
본 방법은 PLA 코팅된 진균 재료(100)에 적어도 하나의 계면활성제를 첨가하여, 내마모성 피니싱재(102)의 효용도를 개선하는 단계를 추가로 포함한다. 적어도 하나의 계면활성제는 폴리우레탄 결합제, 이소프로필 알코올 및 2-부톡시에탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 계면활성제가 첨가되면, 부착성을 촉진시키는 폴리우레탄 또는 아크릴 함유 층이 제공되고, 그 후에 착색 안료, 기타 아크릴, 실리콘 또는 수지를 함유하는 추가의 층이 제공된다.
일 구현예에서, 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법은, 생물 분해성 중합체 최적량을 제공하는 단계; 최적량의 생물 분해성 중합체를 물에 분산시켜 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 진탕시켜 생물 분해성 중합체 성분이 물에서 분리되거나 물에 침전하는 것을 막는 단계; 상기 혼합물을 진균 재료 표면에 적용하여, 물이 이 생물 분해성 중합체를 진균 매트릭스의 심부까지 운반하도록 만드는 단계; 물이 증발하여 진균 재료상에 생물 분해성 중합체 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 진균 재료가 건조되는 것을 허용하는 단계; 및 이 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료를 고온에서 압착하여 가교를 촉진함으로써, 수분이 존재할 때 더 큰 내수성과 더 작은 분해 감수성을 달성하는 단계를 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 물에 분산된 생물 분해성 중합체의 농도는 0.1% ~ 50.0%의 범위일 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 본 방법은 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료에 적어도 하나의 계면활성제를 첨가하여, 내마모성 피니싱재의 효용도를 개선하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 본 방법은 폴리우레탄 결합제, 이소프로필 알코올 및 2-부톡시에탄올을 비롯한 계면활성제 적어도 하나를 추가로 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 본 방법은 계면활성제 적어도 하나를 첨가하여 폴리우레탄 또는 아크릴 함유 층을 제공함으로써 부착성을 촉진시키고, 이후 착색 안료, 기타 아크릴, 실리콘 또는 수지를 함유하는 추가의 층을 제공하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 혼합물은 몇 개의 코팅에 적용되고, 요망되는 피니싱재의 품질에 따라서 20℃ 내지 80℃에서 건조되는 것이 허용된다. 몇몇 구현예들에서, 감소한 국소 기압이 적용되면, 코팅 혼합물중 수성 성분의 침투 및 증발이 개선된다. 몇몇 구현예들에서, 생물 분해성 중합체는 폴리에스테르이고, 또 다른 구현예들에서, 폴리에스테르는 폴리락트산이다.
내마모성 피니싱재(102)의 침투력은, 레더에 적용된 표면 코팅의 두께를 0 압축(zero compression)하에 측정하여 확정하기 위한 방법이 명시된 ISO 17186:2011(표면 코팅 두께의 확정; Determination of Surface Coating Thickness)을 포함하는 방법으로 측정될 수 있다.
내마모성 피니싱재(102)의 부착력은 표준 방법, 예컨대 ISO 11644:2009(레더 - 피니싱재 부착에 대한 시험; Leather Test for adhesion of finish)에 의해 측정될 수 있는데, 여기서 부착력은 레더를, 이것과 부착하고 있던 표면 피니싱재 층으로부터 뜯어낼 때 필요한 힘으로서, 지속적으로 약 90°의 각도가 유지될 때 레더의 피니싱처리된 면이 최소한으로 침투한 접착제에 의해 결합된, 단단한 접착제-평판에 적용되는 힘으로서 정의된다.
몇몇 구현예들에서, 균사체 덩어리는 피니싱재 부착력이 적어도 2 N/10 mm인 표면을 가지는 한편, 다른 구현예들에서는 적어도 3 N/10 mm인 표면을 가진다. 몇몇 구현예들에서, 이러한 측정치는 ISO 11644:2009에 따라서 구하여진 것이다. 몇몇 구현예들에서, 균사체 덩어리는 피니싱재 부착력이 적어도 2 N/10 mm인 표면을 가지는 한편, 다른 구현예들에서는 적어도 3 N/10 mm인 표면을 가진다. 몇몇 구현예들에서, 이러한 측정치는 ISO 11644:2009에 따라서 구하여진 것이다. 몇몇 구현예들에서 생물 분해성 혼합물은 상기 표면을 적어도 20 마이크로미터, 다른 구현예들에서는 적어도 40 마이크로미터 깊이까지 침투한다. 몇몇 구현예들에서, 이러한 측정치는 ISO 11644:2009에 따라서 구하여진 것이다. 또 다른 구현예들에서, 침투는 적어도 1%이되, 10% 이하로 일어난다.
본 발명의 바람직한 구현예에 대해 전술된 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 개시된 바와 한 치의 오차도 없는 형태로 본 발명을 제한하거나 이에 배타적이도록 의도되지는 않는다. 상기 교시내용들에 비추어 다수의 수정 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 이 상세한 설명에 의해 제한되는 것이 아니라, 본원에 첨부된 특허 청구의 범위와, 이 특허 청구의 범위에 대한 균등물에 의해 제한되도록 의도된다.

Claims (23)

  1. 물에 분산되어 혼합물을 제조하는 생물 분해성 중합체를 포함하는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재로서, 상기 혼합물이 진균 재료에 적용될 때, 물이 상기 생물 분해성 중합체를 진균 재료 두께의 적어도 1% 깊이까지의 진균 균사 매트릭스 심부로 운반하고, 물이 증발하여 진균 재료상에 생물 분해성 중합체 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 균사 구조를 강화하되, 상기 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료에는 감소한 표면 장력과 진균 재료로의 개선된 침투성을 보이는 내마모성 피니싱재를 달성하기 위해 계면활성제 적어도 하나가 첨가되는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생물 분해성 중합체의 최적량은 진균 재료에 적용될 혼합물 코팅의 두께와, 진균 재료의 표면 밀도에 의존적인 내마모성 피니싱재.
  3. 제1항에 있어서, 물에 분산된 상기 생물 분해성 중합체의 농도는 0.1% ~ 50.0%의 범위인 내마모성 피니싱재.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 계면 활성제 첨가는 중합체 코팅의 표면 장력을 낮추는 역할을 하고, 이는 진균 표면의 습윤을 개선하고, 내마모성 피니싱재를 진균 재료의 더 깊은 심부까지 끌어들이는 내마모성 피니싱재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 깊이는 적어도 1%이고 깊어야 10%인 내마모성 피니싱재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 생물 분해성 중합체는 폴리에스테르인 내마모성 피니싱재.
  7. 물에 분산되어 혼합물을 제조하는 생물 분해성 중합체를 포함하는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재로서, 상기 혼합물이 진균 재료에 적용될 때, 물이 상기 생물 분해성 중합체를 진균 재료 깊이의 적어도 20 마이크로미터까지의 진균 균사 매트릭스 심부로 운반하고, 물이 증발하여 진균 재료상에 생물 분해성 중합체 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 균사 구조를 강화하되, 상기 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료에는 감소한 표면 장력과 진균 재료로의 개선된 침투성을 보이는 내마모성 피니싱재를 달성하기 위해 적어도 하나의 계면활성제가 첨가되는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 생물 분해성 중합체의 최적량은 진균 재료에 적용될 혼합물 코팅의 두께와, 진균 재료의 표면 밀도에 의존적인 내마모성 피니싱재.
  9. 제7항에 있어서, 물에 분산된 상기 생물 분해성 중합체의 농도는 0.1% ~ 50.0%의 범위인 내마모성 피니싱재.
  10. 제7항에 있어서, 적어도 하나의 계면활성제 첨가는 중합체 코팅의 표면 장력을 낮추는 역할을 하고, 이는 진균 표면의 습윤을 개선하고, 내마모성 피니싱재를 진균 재료의 더 깊은 심부까지 끌어들이는 내마모성 피니싱재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 계면활성제는 폴리우레탄 결합제, 이소프로필알코올 및 2-부톡시에탄올을 포함하는 내마모성 피니싱재.
  12. 제1항에 있어서, 상기 깊이는 적어도 1%이고 깊어야 10%인 내마모성 피니싱재.
  13. 제7항에 있어서, 상기 생물 분해성 중합체는 폴리에스테르인 내마모성 피니싱재.
  14. ISO 11644:2009에 따르면 피니싱재 부착력이 적어도 2 N/10 mm인 표면을 가지는 균사체 덩어리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 피니싱재의 표면 부착력은 ISO 11644:2009에 따르면 적어도 3 N/10 mm인 균사체 덩어리.
  16. 제14항에 있어서, 생물 분해성 중합체 혼합물은 상기 표면을 적어도 20 마이크로미터의 깊이까지 침투하는 균사체 덩어리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 표면을 적어도 40 마이크로미터의 깊이까지 침투하는 균사체 덩어리.
  18. a. 생물 분해성 중합체 최적량을 제공하는 단계;
    b. 생물 분해성 중합체 최적량을 물에 분산시켜 혼합물을 제조하는 단계;
    c. 상기 혼합물을 진균 재료 표면에 적용하여, 물이 상기 생물 분해성 중합체를 진균 매트릭스의 심부까지 운반하도록 만드는 단계;
    d. 물이 증발하여 진균 재료상에 생물 분해성 중합체 코팅이 형성됨에 따라, 내마모성 및 내수성 개선을 동반하며 진균 재료가 건조되는 것을 허용하는 단계;
    e. 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료를 고온에서 압착하여 가교를 촉진함으로써 수분의 존재하에서 더 큰 내수성과 더 작은 분해 감수성을 달성하는 단계; 및
    f. 적어도 하나의 계면활성제를 생물 분해성 중합체 코팅 진균 재료에 첨가하여, 내마모성 피니싱재의 효용도를 개선하는 단계;
    를 포함하는, 진균 재료용 내마모성 피니싱재를 제조하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서, 물에 분산된 상기 생물 분해성 중합체의 농도는 0.1% ~ 50.0%의 범위인 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 혼합물은 몇 번의 코팅에 적용되고, 20℃ ~ 80℃에서 건조되는 것이 허용되는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 혼합물은 진균 재료에 적용되기 전 진탕되는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 계면활성제는 폴리우레탄 결합제, 이소프로필 알코올 및 2-부톡시에탄올을 포함하는 방법.
  23. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 계면활성제 첨가는 부착성을 촉진시키기 위해 폴리우레탄 또는 아크릴 함유 층을 제공하는 방법.
KR1020217015521A 2018-10-25 2019-10-25 수용성 재료의 용해, 유화 또는 분산과 계면활성제의 사용을 통한, 진균 재료용 피니싱재의 개선된 침투 및 부착 개선 KR20210087473A (ko)

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