KR20220036120A - 원단 표면 코팅용 조성물 및 이를 사용하여 원단의 코팅방법 - Google Patents
원단 표면 코팅용 조성물 및 이를 사용하여 원단의 코팅방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원단 표면 코팅용 조성물에 관한 것으로, 코팅성이 우수하고, 인체에 무해하고 친환경적이며, 스웨이드, 가죽, 원단 등 사용범위가 다양하며 특히 스웨이드 및 가죽 등에 코팅하였을 때 감촉을 개선하며, 기계적 물성 및 열적 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
Description
본 발명은 원단 표면 코팅용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수용성 난각막을 포함함으로써, 터치감이 우수하면서도 스크레치성이 좋은 원단 표면 코팅용 조성물 및 이를 사용하여 원단의 촉감을 개선하기 위한 코팅방법에 관한 것이다.
물품의 표면을 보호하고, 심미성을 부여하기 위해 플라스틱, 가전제품, 가구 및 자동차 등의 표면에 표면처리를 실시한다. 물품의 표면 처리는 제품의 용도와 디자인에 따라 다양하게 이루어지며, 경우에 따라 고광택 표면 처리를 하는 경우가 있고, 무광 표면 처리를 하는 경우가 있다.
또한 물품의 표면처리에 사용되는 코팅제는 모래, 먼지에 의해 생긴 흠집에 대한 저항성(내스크레치성), 산성비에 대하여 화학적으로 변질되지 않는 성질(내산성), 가솔린 등의 유기 용제에 대하여 손상되지 않는 성질(내용제성) 등 다양한 성능이 요구되며, 물품의 표면에 최대한 균일하고 안정적으로 도포될 수 있도록, 충분한 성형성도 확보되어야 한다.
가죽, 스웨이드 등의 고급재질의 원단들은 의복, 가방, 신발, 산업용 및 차량용 소재 등 광범위하게 사용되는데, 습기와 물에 약하고, 외부 마찰, 유연성 등에 쉽게 손상되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 표면을 코팅제로 코팅하는데, 대부분 용제형 우레탄 수지를 사용함에 따라 제조공정 중 제품에서 발생되는 희발성 유기화합물로 인한 환경오염 및 인체에 대한 유해성이 문제가 되고 있다.
이에, 용제를 사용하지 않는 수분산 폴리우레탄(Waterborne polyurethane dispersion, WPU)가 개발되었으나, 뻣뻣한 촉감과 낮은 내굴곡성, 황변 등의 문제가 있다.
상기 수분산 폴리우레탄의 문제를 해결하기 위해 실리카와 탄산칼슘 등의 첨가제를 첨가한 코팅제가 개발되었으나, 코팅제의 경화시 표면조도를 커지게 하고, 광택도의 불균일 현상을 유발하며, 코팅제 도막 표면의 내오염성을 저하시키며 이염을 확대시키고, 고가의 원료로 경제적인 문제점 등이 있다.
따라서 원단에 도포시 전체적으로 균일한 우수한 촉감을 가지면서도 높은 기계적 물성 및 열적 안정성을 갖는 원단 표면 코팅용 조성물이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 우수한 기계적 물성과 열적 안정성 및 고급 촉감 특성을 제공할 수 있는 원단 표면 코팅용 조성물 및 이들 조성물로부터 코팅된 자동차 내장재용 표피재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원단의 촉감과 기계적 물성을 개선하기 위한 코팅방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 수분산 폴리우레탄 분산체(Waterborne polyurethane dispersion, WPU); 및 난각막(eggshell membrane, ESM)을 수산화나트륨 및 유기용매에 혼합하여 제조된 수용성 난각막;을 포함하는 원단 표면 코팅용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 조성물은, 수분산 폴리우레탄 분산체 90 내지 99.9 중량%, 수용성 난각막 0.1 내지 10 중량% 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 조성물은 수분산 폴리우레탄 분산체 98 내지 99.5 중량%, 수용성 난각막 0.5 내지 2 중량% 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 수용성 난각막은 난각막(eggshell membrane, ESM)에 수산화나트륨 및 유기용매와 혼합하여 40 내지 80 ℃에서 1 내지 3 시간동안 교반하여 얻어진 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 프로파놀 및 부틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 수용성 난각막은 수산화나트륨 처리후, 염산으로 중화한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 원단은 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 상기 원단 표면 코팅용 조성물로 코팅된 자동차 내장재용 표피재을 제공한다.
본 발명은 상기 세 번째 과제를 달성하기 위하여, 상기 원단 표면 코팅용 조성물을 원단에 도포하여, 원단 표면에 코팅층을 형성하는 것을 포함하는 원단의 코팅방법을 제공한다.
본 발명의 원단 표면 코팅용 조성물은 코팅성이 우수하고, 인체에 무해하고 친환경적이다. 또한 스웨이드, 가죽, 원단 등 사용범위가 다양하며 특히 스웨이드 및 가죽 등에 코팅하였을 때 감촉을 개선하며, 기계적 물성 및 열적 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 비교예 2로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 3으로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 3은 비교예 4로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 4는 비교예 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 2로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 7은 실시예 3으로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 8은 실시예 4로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 9는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 측정한 인장강도(tensile strength, kgf/cm2) 그래프이다.
도 10은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 측정한 파단신장율(%) 그래프이다.
도 11은 아무처리도 하지 않은 난각막(ESM)과 제조예 1의 수용성 난각막(S-ESM)의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 촉감평가기를 이용한 표피재 재질별 평면마찰계수를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%), 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 코팅한 원단별 평면마찰계수를 촉감평가기로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 3으로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 3은 비교예 4로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 4는 비교예 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 2로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 7은 실시예 3으로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 8은 실시예 4로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 9는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 측정한 인장강도(tensile strength, kgf/cm2) 그래프이다.
도 10은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 가죽에 도포한 후 측정한 파단신장율(%) 그래프이다.
도 11은 아무처리도 하지 않은 난각막(ESM)과 제조예 1의 수용성 난각막(S-ESM)의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 촉감평가기를 이용한 표피재 재질별 평면마찰계수를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%), 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 코팅한 원단별 평면마찰계수를 촉감평가기로 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면은 수분산 폴리우레탄 분산체; 및 난각막(eggshell membrane, ESM)을 수산화나트륨 및 유기용매에 혼합하여 제조된 수용성 난각막;을 포함하는 원단 표면 코팅용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 원단 표면 코팅용 조성물은 수분산 폴리우레탄 분산체와 함께 수용성 난각막(S-ESM)을 포함함으로써, 우수한 터치감, 촉감을 비롯하여 우수한 기계적 물성과 열적 안정성을 원단에 부여할 수 있다. 즉, 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물 등의 원단 표면에 처리되어, 원단의 손상을 보호하고 촉감을 개선 및 향상시키기 위한 용도로 사용된다.
상기 수분산 폴리우레탄 분산체는 화학적으로 고분자 사슬 내에 우레탄 결합(~NH~COO)를 갖는 고분자의 총칭으로서, 이소시아네이트와 폴리올을 주원료로 상업적으로 널리 사용되어지는 것이면 특별히 이에 제한되지 않는다.
상기 수분산 폴리우레탄 분산체는 친환경 소재로, 수지 내에 친수성기가 포함되어 있다는 장점을 가지나, 낮은 내후성과 낮은 열안정성이 상대적으로 낮고, 기계적 물성이 떨어지며, 피착제 특유의 촉감을 저해하는 문제가 있다.
상기 이소시아네이트로는 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 사이클로헥실-1,4-디이소시아네이트(H12MDI)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 폴리올은 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMEG) 및 폴리에스테르 글리콜(Polyester Glycol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
쇄연장제를 더 포함할 수 있고, 상기 쇄연제로는 1.6-헥산디올(HD), 에틸렌글리콜(EG), 1,4-부탄디올(BD), 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라민(TETA) 및 테드라에틸렌펜타민(TEPA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에서 수분산 폴리우레탄 분산물은 건조 필름 형태로 KSM 6518에 따른 인장강도가 200 kgf/cm2 이상이고, 파단신장율(%)은 700%이상인 것일 수 있다.
상기 난각막은 닭, 집오리, 메추리 및 타조로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이상의 조류의 난의 난각과 난백의 경계에 존재하는, 이중의 박막인 난각막이다.
상기 난각막은 조류의 난으로부터 난각막을 분리된 후, 이를 동결 분쇄, 저온 분쇄, 건조 분쇄 등 공지된 방법에 따라 분말화한 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 난각막은 1 내지 20 μm로 분쇄된 것일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 10 μm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 내지 8 μm일 수 있으며, 가장 바람직하게는 5 μm일 수 있다.
상기 수용성 난각막은 난각막(eggshell membrane, ESM)을 수산화나트륨 및 유기용매에 혼합함으로써, 가수분해되어 얻어진 것일 수 있다. 구체적으로 난각막의 시스테인과 같은 아미노산의 디설파이드기를 가수분해하여 제조된 친수성이 우수한 수용성 난각막일 수 있다.
본 발명은 버려지고 있는 조류의 난으로부터 분리된 난각막을 사용함으로써, 폐 난의 쓰레기 처리문제도 해결할 수 있으므로, 자원 재활용성이 높다.
구체적으로 상기 수용성 난각막은 난각막(eggshell membrane, ESM)에 수산화나트륨과 같은 알칼리제 및 유기용매와 혼합하여 40 내지 80 ℃에서 1 내지 3 시간동안 교반하여 얻어진 것일 수 있다.
이때 반응온도가 40 ℃ 미만인 경우에는 난각막의 가수분해가 제대로 이루어지지 않으며, 80 ℃를 초과하면 수용성 난각막 단백질이 변성되어 오히려 효과가 저하될 수 있다.
또한, 상기 반응시간이 1 시간 미만인 경우에는 난각막의 가수분해가 제대로 이루어지지 않으며, 3 시간을 초과하면 수용성 난각막 단백질이 과도하게 분해되어 오히려 효과가 저하될 수 있다.
상기 유기용매는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 프로파놀 및 부틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올일 수 있다.
상기 수용성 난각막은 수분산 폴리우레탄 분산체와의 혼화를 위해 수산화나트륨 처리후, 염산으로 중화한 것이 바람직하다. 또한 불순물 함유를 최소화하기 위해서는 중화후 통상의 방법으로 분리 정제하는 과정을 수행하고 투입하는 것이 적합하다.
상기 원단 표면 코팅용 조성물은, 수분산 폴리우레탄 분산체 90 내지 99.9 중량% 및 수용성 난각막 0.1 내지 10 중량% 포함하며, 바람직하게는 수분산 폴리우레탄 분산체 98 내지 99.5 중량%, 수용성 난각막 0.5 내지 2 중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기 수분산 폴리우레탄 분산체가 상기 범위 미만 포함될 경우, 수분산 폴리우레탄 분산체로 인해 발현되는 특성이 제대로 발현되지 않으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 원단 특유의 촉감이 저해되거나, 내후성과 열안정성이 상대적으로 낮아지고, 기계적 물성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 수용성 난각막이 상기 범위 미만의 함량으로 포함되는 경우 수분산 폴리우레탄 분산체가 과량 포함되어 원단이 뻣뻣해지거나, 원단 특유의 촉감이 저해되거나, 내후성과 열안정성이 상대적으로 낮아지고, 기계적 물성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우, 표면 모폴로지가 비균일해지거나 기계적 물성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 수용성 난각막이 0.1 내지 10 중량, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량% 포함되어야 수용성 난각막에 의한 특유의 이취가 발하지 않으면서 우수한 모폴로지, 기계적 물성 및 내후성을 향상시키면서 촉감도 개선할 수 있다.
발명의 상기 원단 표면 코팅용 조성물은 원단 표면에 코팅되어 원단의 내후성, 인장강도, 파단신장율, 열적 안정성 등을 향상시키고, 촉감을 개선시키는 것으로, 상기 원단은 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이상일 수 있다.
본 발명의 상기 원단 표면 코팅용 조성물로부터 형성된 코팅은, 종래 아무처리하지 않은 난각막을 첨가제로 첨가한 것에 비해 인장강도와 파단신장율은 2~4배 더 우수하였고, 특히 파단신장율의 경우에는 수분산 폴리우레탄 분산물(WPU)만 처리한 코팅에 비해 원단 표면 코팅용 조성물로부터 형성된 코팅이 현저히 우수함을 확인하였다.
또한 촉감에 있어서도, 상기 원단 표면 코팅용 조성물로부터 형성된 코팅은 더 고급 재질에 가까운 촉감 또는 터치감을 갖게 해주는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 기재된 상기 원단 표면 코팅용 조성물은 원단에 도포되어 고급 재질에 가까운 촉감 또는 터치감과 더불어 향상된 기계적 물성과 열적 안정성을 갖는 코팅을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 원단 표면 코팅용 조성물로 코팅된 자동차 내장재용 표피재에 관한 것이다.
상기 자동차 내장재용 표피재는 자동차 내장재용이라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물로 이루어진 군으로부터 선택되어 사용될 수 있다.
상기 자동차 내장재용 표피재는 모재, 상기 모재 상에 상기 조성물로 이루어진 코팅층을 포함한다. 이때 상기 모재와 코팅층 사이에는 프라이머층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 모재로는 일예로 가죽모재가 가장 많이 사용되는 바, 가죽모재에 대하여 설명하자면 가죽모재는 인조가죽제품의 부직포에 해당하는 것으로 하며, 상기 부직포 상에 코팅제 처리를 위한 부착강화제인 프라이머가 배치될 수 있다. 상기 프라이머는 일반적인 부착강화제이며, 특별히 제한하지 않는다. 상기 프라이머 층 상에 상기 원단 표면 코팅용 조성물을 도포하되, 도포 후 자연건조에 의해 가죽제품을 획득할 수 있다.
상기 조성물 이외에 본 발명의 원단 표면 코팅용 조성물은 공지되거나 익히 공지된 각종 성분을 임의로 첨가할 수 있다.
상기 원단 표면 코팅용 조성물의 코팅은 당분야에서 표준인 임의의 방법, 예컨대 전자코팅, 분무, 정전기식 분무, 딥핑, 롤링, 브러싱 등에 의해 도포될 수 있다. 본 발명의 코팅은 0.01 내지 100 μm의 건조 필름 두께로 도포될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 원단 표면 코팅용 조성물을 원단에 도포하여, 원단 표면에 코팅층을 형성하는 것을 포함하는 원단의 코팅방법에 관한 것 이다.
상기 원단과 코팅층의 접착력을 향상시키기 위해 상기 원단에 프라이머층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머는 일반적인 부착강화제이며, 특별히 제한하지 않는다.
상기 원단 또는 프라이머층 상에 상기 원단 표면 코팅용 조성물을 도포하고, 건조하여 기계적 물성, 촉감을 개선한 원단을 제조할 수 있다.
본 발명의 도포는 당분야에서 표준인 임의의 방법, 예컨대 전자코팅, 분무, 정전기식 분무, 딥핑, 롤링, 브러싱 등에 의해 도포될 수 있다. 본 발명의 코팅은 0.01 내지 100 μm의 건조 필름 두께로 도포될 수 있다.
상기 원단은 특별히 이에 제한되지 않으나, 자동차 내장재로 사용가능한 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물 중에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으며, 상기 방법에 따라 원단 표면에 원단 표면 코팅용 조성물을 처리하여, 원단의 손상을 보호하고 촉감을 개선 및 향상시킬 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
제조예 1. 수용성 난각막(S-ESM)의 제조.
계란껍질에서 얻은 난각막(eggshell membrane, ESM)을 깨끗이 세척한 후, 건조한 다음, 건조된 난각막을 저온 분쇄하여, 5, 12, 17 μm의 입도를 갖도록 분쇄하고, 그 중 5 μm의 입도크기를 가지는 난각막을 칭량하여 100 g당 10%의 농도를 가지는수산화나트륨(sodium hydroxide) 수용액 600 g, 에탄올(EtOH) 200 g을 첨가하였다. 즉, 건조 난각막 분쇄물과 수산화나트륨 수용액 및 에탄올의 중량비가 1:6:2가 되도록 제조하였다. 이후 상기 혼합물을 60 ℃에서 2 시간 교반하면서 반응시켰다. 반응 후 2 M 염산(hydrochloric acid)을 넣어 pH 7.2~7.4로 중화시키고, 고속(9000 rpm)으로 원심분리하여 상층액(upper liquid)을 회수하였다. 회수한 상층액을 투석막에 넣고, 투석(dialysis)하여, 상층액에 잔존해 있는 Cl-를 제거한 뒤, 55 내지 60 ℃에서 건조시켜 수용성 난각막(soluble eggshell membrane, S-ESM)을 제조하였다.
실시예 및 비교예. 원단 표면 코팅용 조성물의 제조
애경화학에서 구매한 수분산 폴리우레탄 분산물(WPU) PUD 2008에 하기 표 1에 따라서 제조예 1로부터 제조된 수용성 난각막을 투입하여 강하게 교반하여 원단 표면 코팅용 조성물을 제조하였다.
| 구분 (중량%) |
ESM | S-ESM | WPU |
| 실시예 1 | 0.5 | - | 99.5 |
| 실시예 2 | 1 | - | 99 |
| 실시예 3 | 1.5 | - | 98.5 |
| 실시예 4 | 2.0 | - | 98 |
| 비교예 1 | 0 | 0 | 100 |
| 비교예 2 | - | 0.5 | 99.5 |
| 비교예 3 | - | 1 | 99 |
| 비교예 4 | - | 1.5 | 98.5 |
| 비교예 5 | - | 2.0 | 98 |
실험예 1. 원단 표면 코팅용 조성물의 모폴로지(morphology)
실시예 및 비교예로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 코팅하였을 때, 표면 모폴로지를 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)으로 확인하였다. 구체적으로 실시예 및 비교예로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물 각각을 평평한 하나의 박막으로 제작한 후, 각각의 코팅재를 주사전자현미경을 이용하여 SEM 이미지를 측정하였다.
도 1은 비교예 2의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이고, 도 2는 비교예 3의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이며, 도 3은 비교예 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이며, 도 4는 비교예 5의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다. 이때, 좌측은 X5,000 배율로 확대한 사진이고, 우측은 X20,000 배율로 확대한 사진이다. bar= 1 ㎛
도 1 내지 4를 살펴보면, 난각막이 코팅 상에 불규칙적으로 분산되어 있음을 확인하였다. 특히, 조성물 내에 포함되는 난각막의 함량이 증가할수록, 이후 박막 상에서 난각막의 분산이나 뭉침의 정도가 일정하지 않음을 확인하였다.
도 5는 실시예 1의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이고, 도 6은 실시예 2의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이며, 도 7은 실시예 3의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이며, 도 8은 실시예 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 SEM 이미지이다. 이때, 우측은 X5,000 배율로 확대한 사진이고, 좌측은 X20,000 고배율로 확대한 사진이다.
도 5 내지 8을 살펴보면, 실시예 1 내지 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 매우 규칙적인 필러의 분산이 확인되었다. 또한 필러의 분산이나 뭉침이 전혀 관찰되지 않음을 확인하였다.
실험예 2. 원단 표면 코팅용 조성물의 기계적 물성(mechanical property) 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물 각각을 평평한 하나의 박막으로 제작한 후, 각각의 코팅재 자체에 대한 인장강도(tensile strength, kgf/cm2)와 파단신장율(elongation at break, %)을 다음과 같이 측정하였다. 이때 비교예 1은 대조군으로, 난각막을 전혀 포함하지 않은 WPU 조성물(virgin WPU)을 평평한 하나의 박막으로 제작한 후 측정하였다.
우선, 상기 시료들을 각각 Hot press 기기를 이용하여 160 ℃에서 15 MPa 압력으로 t90 시간 동안 가하여 물성 측정용 시편(2 mm 시트, 아령형 3호 시편(MD방향과 TD 방향 각각))을 제조하였다. 하기의 방법으로 물성 평가를 진행하였고, 구체적으로 인장강도는 2 mm 시트(가로 100 mm, 세로 100 mm)로 가공한 후, MD 방향과 TD 방향으로 아령형 3호 시편으로 따내어서 각각 측정하였다.
인장강도(Tensile Strength, Kgf/㎠)는 KSM 6518에 의거하여, 상온에서 아령형 3호 시편으로 시험 속도는 500 mm/min 으로 측정하였다.
파단신장율(Elongation at Break, %)은 일정하게 통제된 조건하에서 파단되기 전까지 신장되는 양을 초기 길이 대비 %로 나타낸 것이다. 인장강도와 동일하게 진행하여 측정하였다.
도 9는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 인장강도(tensile strength, kgf/cm2) 그래프로, 이에 따르면 실시예 1 내지 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 인장강도가 200 kgf/cm2로 현저히 우수함을 알 수 있다. 실시예 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 인장강도가 다른 것들보다 20~30% 더 높았다(비교예에 비해서는 2~4배 이상 우수함).
이에 반해 비교예 2 내지 5의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 인장강도가 점차 낮아져 오히려 인장강도가 50 kgf/cm2까지 저하되었다.
도 10은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막에 대한 파단신장율(%) 그래프로, 이에 따르면 비교예 2 내지 5의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 난각막의 함량이 증가할수록 값이 크게 떨어졌다. 특히 비교예 5의 경우 파단신장율은 498.4%였다.
실시예 1 내지 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 박막은 784%~825%인 것으로 확인되었다. 이는 종래 수분산 폴리우레탄 분산체 코팅제(비교예 1)보다 높은 파단신장율임을 알 수 있다.
즉, 실시예 1 내지 4의 원단 표면 코팅용 조성물은, 종래 수분산 폴리우레탄 분산체 코팅제(비교예 1)와 유사하거나 더 높은 기계적 물성을 갖게됨을 알 수 있다.
실험예 3. 원단 표면 코팅용 조성물의 열적 안정성(thermal property) 평가
아무처리도 하지 않은 난각막과 제조예 1의 수용성 난각막 및 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물에 대하여 열중량분석(thermo gravimetric analysis, TGA)을 사용하여 열적 안정성을 평가하고, 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다. TGA는 질소분위기에서 측정하였으며 승온속도는 10 ℃/min이다.
도 11은 아무처리도 하지 않은 난각막(ESM)과 제조예 1의 수용성 난각막(S-ESM)의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프로, 이에 따르면 ESM과 S-ESM는 각각 284.82 ℃, 268.62 ℃ 이후 서서히 분해가 일어나는 것으로 확인되었다.
도 12는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물의 열적 안정성 평가 결과를 보여주는 그래프로, 이에 따르면 필러의 함량이 가장 낮은 실시예 1 및 비교예 2의 원단 표면 코팅용 조성물은 각각 분해온도(Td)가 295.98 ℃, 302.07 ℃이였다. 필러의 함량이 높아질수록 분해온도가 증가하나, 320 ℃ 이내인 것으로 나타났다.
따라서 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물은 모두 분해온도가 290 내지 350 ℃의 높은 열적 안정성을 지니고 있음을 알 수 있다.
실험예 4. 원단 표면 코팅용 조성물의 평면마찰 평가
1) 표피재 재질별 평면마찰계수 평가
평면마찰계수로 촉감 정도를 평가할 수 있음을 확인하였다. 이때 시료는 자동차 내장재용 표피재로 사용되는 천연가죽, 스웨이드 및 직물을 준비하였다. 천연가죽은 최고급 등급으로 세미아닐린(semi-aniline), 고급 등급으로 나파(Nappa) 및 일반 등급으로 색상이 다른 3종류의 커렉티드 그레인을 사용하였다(커렉티드 그레인1: 다크그레이, 커렉티드 그레인2: 베이지, 커렉티드 그레인3: 그레이)(corrected grain 1, 2, 3). 스웨이드는 부직포형 스웨이드로 알칸타라(Alcantara, Alcantara S.p.A)와 라모스(Lamous, Asahi Kasei), 환편형 스웨이드로 로젠(Rosen, KOREA MICRO FIBER)을 사용하였다. 직물은 자동차 내장재용 직물((주)비피텍스)(Woven)을 사용하였다.
천연가죽(leather), 스웨이드의 평면마찰계수를 측정하여 원단의 촉감 정도를 평가할 수 있다(Polymer(Korea), Vol. 43, No. 1, pp. 77-84 (2019)). 촉감평가를 위해, X, Y, Z 3축 로드셀을 통해 X, Y 양방향의 평면마찰 및 수직하중을 동시에 측정할 수 있는 촉감평가기(HEIDON Type 33, SHINTO Scientific)에 일정 하중, 속도 및 방향을 컨트롤할 수 있는 지그를 결합하였다. 기존마찰평가기는 한 방향의 마찰만을 평가할 수 있는데 반해, 본 촉감평가기는 X, Y 양 방향의 평면마찰을 가해진 하중 하에서 동시에 측정할 수 있기 때문에 재료 표면의 실질적인 평면마찰을 정량화할 수 있다. 평가는 샘플을 부착판에 부착한 후, 일정 하중 및 속도 조건으로 스테이지 위에서 샘플을 원방향으로 슬라이딩하여 평면마찰계수를 측정한다. 평면마찰평가는 샘플 크기 40 mm×40 mm, 100 g의 하중과 10 diameter circle방식으로 10 mm/sec로 실시하였다.
도 13은 촉감평가기를 이용한 표피재 재질별 평면마찰계수를 측정하여 나타낸 그래프로, 이에 따르면, 표피재의 등급 및 재질이 고급일수록 평면마찰계수가 높음을 확인하였다(천연가죽>스웨이드>직물). 다만, 동일 원단일 경우에는 고급 등급이 일반 등급보다 평면마찰계수가 낮음을 확인하였다(Corrected Grain 1, 2, 3>Semi-aniline=Nappa). 나아가, 동일한 스웨이드 재질의 경우에도 좀 더 고급 등급일수록 낮은 평면마찰계수를 가짐을 확인할 수 있다(Rosen>Alcantara=Lamous) 즉, 같은 종류의 원단일 경우 더 고급 재질일수록 평면마찰계수가 낮다.
2) 원단 표면 코팅용 조성물의 평면마찰 평가
실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%), 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물에 대하여 상기와 같은 방법으로 평면마찰계수를 측정하여, 촉감 등급을 평가하고자 하였다. 그 결과를 도 14에 나타내었다.
구체적으로, 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 평평한 하나의 박막으로 제조한 기재(WPU Film), 실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%)제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 평평한 하나의 박막으로 제조한 기재(S-ESM/WPU 2.0 wt% Film), 실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%), 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물 각각을 환편형 스웨이드 로젠(Rosen, KOREA MICRO FIBER)(suede)과 PVC 합성가죽(leather)의 표면에 각각 도포하여 제조된 각각의 기재들을, 상기와 같은 방법으로 평면마찰계수를 측정하였다.
도 14는 실시예 4(S-ESM/WPU 2.0 wt%), 비교예 1(WPU)로부터 제조된 원단 표면 코팅용 조성물을 코팅한 원단별 평면마찰계수를 촉감평가기로 측정하여 나타낸 그래프이다.
이에 따르면, 스웨이드와 천연가죽의 표면을 실시예 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 코팅한 경우, 평면마찰계수가 스웨이드와 천연가죽보다 더 감소하는 것을 알 수 있다. 동일 원단, 재질의 경우 평면마찰계수의 감소는 더 고급 촉감을 갖는 것을 의미한다. 종래 코팅제의 경우, 원단 특유의 촉감이 저하되어 버리는 문제가 있었다. 그러나 실시예 4의 원단 표면 코팅용 조성물은, 종래 코팅제와 달리 원단의 촉감을 원단 본연의 촉감과 최대한 유사한 수준으로 유지할 수 있다는 장점을 갖는다.
특히, 실시예 4의 원단 표면 코팅용 조성물로 제조된 필름이 수분산 폴리우레탄 분산체(WPU)로만 제조된 필름보다 평면마찰계수가 현저히 낮은 것으로 확인된 바, 본 발명의 조성물이 종래 코팅제에 비해 원단의 촉감을 더 개선할 수 있음을 알 수 있다.
Claims (9)
- 수분산 폴리우레탄 분산체; 및
난각막(eggshell membrane, ESM)을 수산화나트륨 및 유기용매에 혼합하여 제조된 수용성 난각막;을 포함하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 조성물은, 수분산 폴리우레탄 분산체 90 내지 99.9 중량%, 수용성 난각막 0.1 내지 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 조성물은 수분산 폴리우레탄 분산체 98 내지 99.5 중량%, 수용성 난각막 0.5 내지 2 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 수용성 난각막은 난각막(eggshell membrane, ESM)에 수산화나트륨 및 유기용매와 혼합하여 40 내지 80 ℃에서 1 내지 3 시간동안 교반하여 얻어진 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 프로파놀 및 부틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 수용성 난각막은 수산화나트륨 처리후, 염산으로 중화한 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 원단은 인조가죽, 천연가죽, 스웨이드 및 직물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 원단 표면 코팅용 조성물. - 제1항에 따른 원단 표면 코팅용 조성물로 코팅된 자동차 내장재용 표피재.
- 제1항에 따른 원단 표면 코팅용 조성물을 원단에 도포하여, 원단 표면에 코팅층을 형성하는 것을 포함하는 원단의 코팅방법.
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