WO2024038922A1 - 인솔용 복합 재료 - Google Patents

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WO2024038922A1
WO2024038922A1 PCT/KR2022/012243 KR2022012243W WO2024038922A1 WO 2024038922 A1 WO2024038922 A1 WO 2024038922A1 KR 2022012243 W KR2022012243 W KR 2022012243W WO 2024038922 A1 WO2024038922 A1 WO 2024038922A1
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WO
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composite material
paragraph
range
insole
insoles
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Application number
PCT/KR2022/012243
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English (en)
French (fr)
Inventor
박종철
요예화
니오휘이
장시웬
응바오이
Original Assignee
에어로젤 알앤디 피티이.엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B17/00—Insoles for insertion, e.g. footbeds or inlays, for attachment to the shoe after the upper has been joined
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C08L75/08—Polyurethanes from polyethers

Definitions

  • the present invention relates to composite materials for insoles.
  • an object is to provide a composite material for insoles that has excellent hardness and elasticity while also being lightweight, breathable, and insulating.
  • a composite material for an insole includes polyurethane, which is a reaction product of a polyether-based polyol and an isocyanate compound; And it may include airgel particles.
  • the polyether-based polyol may have a hydroxyl value in the range of 20-40 mgKOH/g.
  • the polyether-based polyol may have a weight average molecular weight in the range of 3,000 to 7,500.
  • the polyether-based polyol may have a viscosity of 1,000-4,500 mPa ⁇ s at 25°C and a density of 1.0 to 1.1 g/cm 3 at 20°C.
  • the average particle diameter of the airgel particles may be 50 ⁇ m or less, and the average pore size may be in the range of 5nm to 20nm.
  • the apparent density of the airgel particles is 0.03 to 0.1 g/cm 3 It may be in the range, and the airgel particles may have a hydrophobic functional group on the surface.
  • the specific surface area (BET) of the airgel particles may be in the range of 600 to 800 m 2 /kg, and the thermal conductivity of the airgel particles may be 0.022 W/mK or less.
  • the isocyanate compound may have a hydroxyl group (OH) in the range of 2.5/mol to 3.0/mol.
  • the content of the isocyanate group (NCO) may range from 30% by weight to 33% by weight.
  • the isocyanate compound may have a viscosity of 250 to 270 mPa.s at 20°C and a viscosity of 210 to 230 mPa.s at 25°C.
  • the isocyanate compound may have a density of 1.2 to 1.25 g/cm 3 at 25°C.
  • the composite material for an insole of this embodiment may include 95% to 99% by weight of the polyurethane and 1% to 5% by weight of the airgel particles, based on 100 parts by weight of the composite material for an insole.
  • the polyurethane may contain the isocyanate compound in the range of 100 to 110 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyether-based polyol.
  • the composite material for an insole may have an Asker C hardness ranging from 25 to 35, an Asker F hardness ranging from 70 to 95, and a density of 0.08 when measured by ASTM D792. It may range from 0.13 g/cm 3 to 0.13 g/cm 3 .
  • the composite material for an insole may have a thermal conductivity in the range of 20 to 40 mW/mK.
  • the composite material for insole according to this embodiment secures strength and elasticity for shock absorption and is also excellent in breathability and lightness, it can be applied to various functional shoes by controlling the thickness of the manufactured insole according to the purpose. there is.
  • Figure 1 shows the results of a heat resistance test measured at 2 psi for the insole manufactured according to Comparative Example 1.
  • Figure 2 shows the results of a heat resistance test measured at 2 psi for the insole manufactured according to Example 1.
  • Figure 3 shows the results of a heat resistance test measured at 2 psi for the insole manufactured according to Example 2.
  • Figure 4 shows the results of a heat resistance test measured at 2 psi for the insole manufactured according to Example 3.
  • Figure 5 shows the results of a heat resistance test measured at 10 psi for the insole manufactured according to Comparative Example 1.
  • Figure 6 shows the results of a heat resistance test measured at 10 psi for the insole manufactured according to Example 1.
  • Figure 7 shows the results of a heat resistance test measured at 10 psi for the insole manufactured according to Example 2.
  • Figure 8 shows the results of a heat resistance test measured at 10 psi for the insole manufactured according to Example 3.
  • first, second, and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first part, component, region, layer or section described below may be referred to as the second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • % means weight%, and 1ppm is 0.0001% by weight.
  • a composite material for an insole includes polyurethane, which is a reaction product of a polyether-based polyol and an isocyanate compound, and airgel particles.
  • polyether-based polyol When the polyether-based polyol is used in a composite material for insole, it has an advantageous effect in that it is possible to manufacture an insole that has excellent flexural strength and elasticity at low temperatures and is hydrolysis resistant.
  • These polyether-based polyols may have hydroxyl values in the range of 20-40 mgKOH/g. When the hydroxyl value of the polyether-based polyol satisfies the above range, the reactivity of the polyol with isocyanate groups and the strength of the produced polyurethane are excellent.
  • the polyether-based polyol may have a weight average molecular weight in the range of 3,000 to 7,500.
  • a balance is achieved between the processing conditions (e.g. viscosity) to ensure the comfort of the shoe wearer and the properties of the resulting insole (e.g. flexibility, hardness, elasticity).
  • the processing conditions e.g. viscosity
  • the properties of the resulting insole e.g. flexibility, hardness, elasticity.
  • the polyether-based polyol may have a viscosity of 1,000-4,500 mPa ⁇ s at 25°C.
  • the polyether-based polyol may have a density of 1.0 to 1.1 g/cm 3 at 20°C.
  • the viscosity and density of the polyether-based polyol satisfy the above range, more airgel particles can be added, and at the same time, polyurethane foam with low density characteristics can be implemented.
  • the average particle diameter of the airgel particles may be 50 ⁇ m or less, more specifically in the range of 1 ⁇ m to 45 ⁇ m.
  • insulation performance in low temperature areas for example, -78°C
  • the average pore size of the airgel particles may range from 5 nm to 20 nm, and more specifically, from 9 nm to 11 nm.
  • the average particle diameter and average pore size of the airgel particles satisfy the above range, dispersion and binding to the polyether-based polyol are easy, and the mixture of polyol and airgel particles can have an appropriate viscosity.
  • the amount of airgel particles added to polyol can be increased, the insulation performance of the composite material for insole can be further improved.
  • the apparent density of the airgel particles is 0.03 to 0.1 g/cm 3 range, more specifically 0.03 to 0.06 g/cm 3 It may be a range.
  • the apparent density of airgel particles satisfies the above range, high insulation performance and volume can be secured compared to the added weight when mixed with polyol. Additionally, if the density is too high, the weight of the final product (insole) may increase because more must be added for the same performance. Conversely, if the density is too low, the viscosity increases rapidly when mixed with polyol, which limits the amount of airgel added.
  • the airgel particles may have a hydrophobic functional group, more specifically a superhydrophobicity functional group, on the surface.
  • hydrophobic functional groups are included on the surface of airgel particles, it is advantageous to reduce the moisture absorption effect of the insole and maintain its original state.
  • a porous filler rather than a hydrophobic one, is applied, it is easier to absorb moisture such as sweat and delay its discharge. This is not a beneficial effect for insoles.
  • the specific surface area (BET) of the airgel particles may be in the range of 600 to 800 m 2 /kg, more specifically in the range of 700 to 800 m 2 /kg. If the specific surface area of the airgel particles satisfies the above range, high insulation performance can be expected compared to the same content. In the case of porous insulation materials such as airgel, the higher the specific surface area, the better the insulation performance, so applying airgel with as high a specific surface area as possible is a way to improve product performance.
  • the thermal conductivity of the airgel particles may be 0.022 W/mK or less, more specifically in the range of 0.016 to 0.020. If the thermal conductivity of the airgel particles satisfies the above range, an insole with excellent thermal insulation performance can be manufactured.
  • the isocyanate compound may contain hydroxyl groups (OH) in the range of 2.5/mol to 3.0/mol.
  • OH hydroxyl groups
  • the content of the isocyanate group (NCO) may range from 30% by weight to 33% by weight.
  • the content of isocyanate groups satisfies the above range, it exhibits excellent reactivity with polyols having a higher equivalent weight.
  • the isocyanate compound may have a viscosity of 250 to 270 mPa.s at 20°C.
  • the isocyanate compound may have a viscosity in the range of 210 to 230 mPa.s at 25°C. If the viscosity of the isocyanate compound at 20°C and 25°C satisfies the above range, it can be appropriately mixed with other components such as polyol and airgel.
  • the isocyanate compound may have a density of 1.2 to 1.25 g/cm 3 at 25°C.
  • the composite material for an insole of this embodiment may include 95% to 99% by weight of the polyurethane and 1% to 5% by weight of the airgel particles, based on 100 parts by weight of the composite material for an insole.
  • the polyurethane may include the isocyanate compound in the range of 100 to 110 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyether-based polyol.
  • the mixing ratio of the isocyanate compound to the polyether polyol satisfies the above range, an appropriate amount of reactive foaming agent can be added depending on the NCO number and OH number.
  • the composite material for insoles of this embodiment may have an Asker C hardness in the range of 25 to 35.
  • the composite material for the insole may have an Asker F hardness ranging from 70 to 95.
  • the composite material for an insole may have a density in the range of 0.08 to 0.13 g/cm 3 as measured by ASTM D792. Additionally, the composite material for an insole may have a thermal conductivity in the range of 20 to 45 mW/mK.
  • the shoe insole may include, for example, a first cushion layer, a second cushion layer, and a plantar contact layer.
  • the first cushion layer is manufactured using a composite material for an insole according to an embodiment
  • a second cushion layer is attached to the first cushion layer and manufactured using polyurethane
  • the second cushion material is It is attached to and may include a plantar surface contact layer in contact with the sole of the user's foot.
  • An adhesive layer may be positioned between the first cushion layer, the second cushion layer, and the plantar surface contact layer.
  • first cushion layer manufactured using the insole composite material of this embodiment, it is possible to secure appropriate elasticity and hardness while providing excellent insulation performance, and because it is lightweight and excellent in breathability, the thickness can be adjusted depending on the purpose. Therefore, it can be applied to functional shoes for various purposes.
  • the density of the manufactured composite material was 0.09 g/cm 3 , hardness was 34 (asker C), and thermal conductivity was 36 mW/mK.
  • a first cushion layer was manufactured using the composite material prepared in (1) above.
  • a second cushion layer was manufactured using polyurethane foam and then adhered to the first cushion layer using an adhesive.
  • a plantar surface contact layer was manufactured using non-woven fabric, and then an insole sample was manufactured by adhering it to the second cushion layer using an adhesive.
  • the thickness of the first cushion layer was 2.0 mm and the thickness of the second cushion layer was 3.5 mm.
  • An insole was manufactured after manufacturing a composite material for an insole in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the first cushion layer was 3.5 mm and the thickness of the second cushion layer was 2.0 mm.
  • a composite material for an insole was manufactured in the same manner as (1) of Example 1, and then a first cushion layer was manufactured using it. Next, an insole was manufactured by adhering the plantar surface contact layer to the first cushion layer through an adhesive. At this time, the thickness of the first cushion layer was 5.5 mm.
  • Example 1 (2) without using the first cushion layer, an insole was manufactured by manufacturing a second cushion layer with a thickness of 5.5 mm and then attaching only the plantar contact layer to it.
  • heat resistance was measured using INSTRON's heat resistance measurement equipment. Specifically, dry ice at about -78°C is placed on a measuring table, a sample is placed on the dry ice, and then a thermocouple monitors heat transfer while applying the pressure shown in Table 1 using a pressurizing member. ) was used to measure the temperature. The results are shown in Table 1 and Figures 1 to 8 below.
  • Example 1 the insoles manufactured according to Examples 1 to 3 have a lighter weight than Comparative Example 1 even though they further include a first cushion layer. In other words, it has excellent lightweight properties. In addition, it can be confirmed that Examples 1 to 3 have low thermal conductivity and high Arcus hardness C.
  • Example 3 in the case of Example 3 at a pressure of 10 psi, the temperature difference between the ambient temperature and the sample was significantly reduced, showing that the heat resistance was very excellent.
  • the present invention is not limited to the embodiments, but can be manufactured in various different forms, and a person skilled in the art will understand that the present invention can be manufactured in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. You will understand that it can be done. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

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Abstract

본 발명은 인솔용 복합 재료에 관한 것으로, 폴리에테르계 폴리올 및 이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 폴리우레탄, 및 에어로젤 입자를 포함한다. 또한, 에어로젤 입자를 포함하기 때문에 외부의 온도를 효과적으로 차단할 수 있는 낮은 열 전도율을 가져 단열성이 우수한 인솔용 복합 재료를 제공할 수 있다.

Description

인솔용 복합 재료
본 발명은 인솔용 복합 재료에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 증가하면서 발을 편하게 해주는 기능성 신발에 대한 수요가 증대되고 있다.
기능성 신발은 그 특유성으로 인하여 매우 고가이기 때문에 매우 제한적으로 이용될 수밖에 없으며, 소비재로써 일정 기간마다 비용 부담이 발생하기 때문에 모든 신발에 통용할 수 있는 기능성 인솔에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러나, 종래의 기능성 인솔은 단열 기능이 있는 있으면 탄성이나 경량성이 부족하여 신발 착용자의 발을 보호하기가 어렵고, 탄성이나 경도가 우수한 인솔은 단열 성능이 떨어져 신발 착용자의 발을 따뜻하게 유지하기 어려운 문제점이 있었다.
본 실시예에서는 우수한 경도 및 탄성을 가지면서도 경량성, 통기성 및 단열성을 뛰어난 인솔용 복합 재료를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 인솔용 복합 재료는, 폴리에테르계 폴리올 및 이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 폴리우레탄; 그리고 에어로젤 입자;를 포함할 수 있다.
상기 폴리에테르계 폴리올은, 수산기 값이 20-40 mgKOH/g 범위일 수 있다.
상기 폴리에테르계 폴리올은 중량평균분자량이 3,000 내지 7,500 범위일 수 있다.
상기 폴리에테르계 폴리올은, 25℃ 점도가 1,000-4,500 mPa·s 범위일 수 있고, 20℃ 밀도가 1.0 내지 1.1 g/cm3 범위일 수 있다.
상기 에어로젤 입자의 평균 입경은, 50㎛ 이하일 수 있고, 평균 기공 크기는, 5nm 내지 20nm 범위일 수 있다.
또한, 상기 에어로젤 입자의 겉보기 밀도는, 0.03 내지 0.1 g/cm3 범위일 수 있으며, 상기 에어로젤 입자의 표면에 소수성 작용기를 갖는 것일 수 있다.
상기 에어로젤 입자의 비표면적(BET)은 600 내지 800m2/kg 범위일 수 있고, 상기 에어로젤 입자의 열전도도는 0.022 W/mK 이하일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은 수산기(OH)를 2.5/mol 내지 3.0/mol 범위일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물을 기준으로, 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 30 중량% 내지33 중량% 범위일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 20℃ 점도가 250 내지 270 mPa.s 범위일 수 있고, 25℃ 점도가 210 내지 230 mPa.s 범위일 수 있다.
또한, 상기 이소시아네이트 화합물은, 25℃ 밀도가 1.2 내지 1.25 g/cm3 범위일 수 있다.
본 실시예의 인솔용 복합 재료는, 상기 인솔용 복합 재료 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리우레탄 95 중량% 내지 99 중량%, 그리고 상기 에어로젤 입자 1 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄은, 상기 폴리에테르계 폴리올 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트 화합물을 100 내지 110 중량부 범위로 포함하는 것일 수 있다.
상기 인솔용 복합 재료는, 아스커(Asker) C 경도가 25 내지 35 범위일 수 있고, 아스커(Asker) F 경도가 70 내지 95 범위일 수 있으며, ASTM D792에 의해 측정하는 경우, 밀도가 0.08 내지 0.13g/cm3 범위일 수 있다.
또한, 상기 인솔용 복합 재료는, 열전도도가 20 내지 40mW/mK 범위일 수 있다.
본 실시예에서는 에어로젤 입자를 포함하기 때문에 외부의 온도를 효과적으로 차단할 수 있는 낮은 열 전도율을 가져 단열성이 우수한 인솔용 복합 재료를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 인솔용 복합 재료는 충격 흡수를 위한 강도 및 탄성을 확보함과 동시에 통기성 및 경량성도 우수하기 때문에 목적하는 바에 따라 제조되는 인솔의 두께를 제어하여 다양한 기능성 신발에 적용할 수 있다.
도 1은 비교예 1에 따라 제조된 인솔에 대하여 2psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 인솔에 대하여 2psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 3은 실시예 2에 따라 제조된 인솔에 대하여 2psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 4는 실시예 3에 따라 제조된 인솔에 대하여 2psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 5는 비교예 1에 따라 제조된 인솔에 대하여 10psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 인솔에 대하여 10psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 인솔에 대하여 10psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
도 8은 실시예 3에 따라 제조된 인솔에 대하여 10psi에서 측정한 내열성 테스트 결과이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
일 실시예에 따른 인솔용 복합 재료는, 폴리에테르계 폴리올 및 이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 폴리우레탄, 그리고 에어로젤 입자를 포함한다.
상기 폴리에테르계 폴리올을 인솔용 복합 재료에 이용하는 경우 저온에서 우수한 굴곡 강도 및 탄성을 가지면서도 내가수 분해성을 갖는 인솔을 제조할 수 있다는 점에서 유리한 효과를 갖는다. 이러한 폴리에티르계 폴리올은, 수산기 값이 20-40 mgKOH/g 범위일 수 있다. 폴리에테르계 폴리올의 수산기 값이 상기 범위를 만족하는 경우, 이소시아네이트기에 대한 폴리올의 반응성 및 생성된 폴리우레탄의 강도가 우수하다.
또한, 상기 폴리에테르계 폴리올은 중량평균분자량이 3,000 내지 7,500 범위일 수 있다. 폴리에테르계 폴리올의 중량평균분자량이 상기 범위를 만족하는 경우, 신발 착용자의 편안함을 보장하기 위한 가공 조건(예: 점도)과 생성된 인솔 의 특성(예: 유연성, 경도, 탄성) 간에 균형을 이룬다. 즉, 상기 폴리에테르계 폴리올의 반응성이 우수하고 점도가 적절하기 때문에 결과적으로 반응 생성물인 폴리우레탄의 탄성 및 경도가 우수하다.
상기 폴리에테르계 폴리올은, 25℃ 점도가 1,000-4,500 mPa·s 범위일 수 있다.
상기 폴리에테르계 폴리올은, 20℃ 밀도가 1.0 내지 1.1 g/cm3 범위일 수 있다. 폴리에테르계 폴리올의 점도 및 밀도가 상기 범위를 만족하는 경우, 더 많은 에어로젤 입자를 첨가할 수 있으며, 동시에 저밀도 특성을 갖는 폴리우레탄 폼을 구현할 수 있다.
본 실시예에서, 에어로젤 입자의 평균 입경은, 50㎛ 이하, 보다 구체적으로 1㎛ 내지 45㎛ 범위일 수 있다. 일 실시예에 따른 인솔용 복합 재료에 에어로젤 입자를 포함하는 경우 저온 영역(예를 들면, -78℃)에서의 단열 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 에어로젤 입자의 평균 기공 크기는, 5nm 내지 20nm 범위, 보다 구체적으로 9nm 내지 11nm 범위일 수 있다.
에어로젤 입자의 평균 입경 및 평균 기공 크기가 상기 범위를 만족하는 경우, 폴리에테르계 폴리올에 분산 및 바인딩이 용이하고 폴리올과 에어로젤 입자 혼합물이 적절한 점도를 가질 수 있다. 또한, 폴리올에 에어로젤 입자의 첨가량을 증가시킬 수 있기 때문에 인솔용 복합 재료의 단열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 에어로젤 입자의 겉보기 밀도는, 0.03 내지 0.1 g/cm3 범위, 보다 구체적으로 0.03 내지 0.06 g/cm3 범위일 수 있다. 에어로젤 입자의 겉보기 밀도가 상기 범위를 만족하는 경우, 폴리올과의 혼합에 있어서 첨가중량 대비 높은 단열성능과 부피를 확보할 수 있다. 또한, 밀도가 너무 높으면, 동일한 성능을 위해 더 많이 첨가해야 되기 때문에 최종 제품(인솔)의 무게가 높아질 수 있다. 반대로 밀도가 너무 낮으면 폴리올과의 혼합에 있어서 점도를 급격히 상승시키고 이것은 에어로젤 첨가량을 제한하게 된다.
본 실시예에서, 상기 에어로젤 입자의 표면에 소수성 작용기, 보다 구체적으로 초소수성(hydrophobicity) 작용기를 갖는 것일 수 있다. 에어로젤 입자의 표면에 소수성 작용기를 포함하는 경우, 인솔의 흡습효과를 낮추고 본연의 상태를 유지하는데 유리하다. 소수성이 아닌 다공성 충진제를 적용할 경우 땀과 같은 수분을 흡수하기가 더 용이하며, 배출을 지연시킨다. 이것은 인솔에 있어서 유리한 효과가 아니다.
상기 에어로젤 입자의 비표면적(BET)은 600 내지 800m2/kg 범위, 보다 구체적으로 700 내지 800m2/kg 범위일 수 있다. 에어로젤 입자의 비표면적이 상기 범위를 만족하는 경우, 동일한 함량 대비 높은 단열성능을 기대할 수 있다. 에어로젤과 같은 다공성 단열소재의 경우 비표면적이 높을 수록 단열성능이 더 좋기 때문에 가능한 높은 비표면적을 갖는 에어로젤을 적용하는 것이 제품의 성능을 높히는 방법이다.
상기 에어로젤 입자의 열전도도는 0.022 W/mK 이하, 보다 구체적으로 0.016 내지 0.020 범위일 수 있다. 에어로젤 입자의 열전도도가 상기 범위를 만족하는 경우, 단열 성능이 우수한 인솔을 제조할 수 있다.
한편, 상기 이소시아네이트 화합물은 수산기(OH)를 2.5/mol 내지 3.0/mol 범위로 포함할 수 있다. 이소시아네이트 화합물이 수산기를 상기 범위로 포함하는 경우, 생성된 폴리우레탄 폼에서 충분한 가교 특성을 가지며, 더 높은 강도를 확보할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물을 기준으로, 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 30 중량% 내지33 중량% 범위일 수 있다. 이소시아네이트기의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 더 높은 당량을 갖는 폴리올과 우수한 반응성을 나타낸다..
상기 이소시아네이트 화합물은, 20℃ 점도가 250 내지 270 mPa.s 범위일 수있다. 상기 이소시아네이트 화합물은, 25℃ 점도가 210 내지 230 mPa.s 범위일 수 있다. 이소시아네이트 화합물의 20℃ 및 25℃ 점도가 상기 범위를 만족하는 경우, 폴리올 및 에어로젤과 같은 다른 성분과 적절하게 혼합될 수 있다
상기 이소시아네이트 화합물은, 25℃ 밀도가 1.2 내지 1.25 g/cm3 범위일 수 있다.
본 실시예의 인솔용 복합 재료는, 상기 인솔용 복합 재료 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리우레탄 95 중량% 내지 99 중량%, 그리고 상기 에어로젤 입자 1 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄은, 상기 폴리에테르계 폴리올 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트 화합물을 100 내지 110 중량부 범위로 포함할 수 있다. 폴리에테르계 폴리올에 대한 이소시아네이트 화합물의 혼합비가 상기 범위를 만족하는 경우, NCO 수 및 OH 수에 따라 적절한 양의 반응 발포제가 첨가될 수 있다.
본 실시예의 인솔용 복합 재료는, 아스커(Asker) C 경도가 25 내지 35 범위일 수 있다.
또한, 상기 인솔용 복합 재료는, 아스커(Asker) F 경도가 70 내지 95 범위일 수 있다.
상기 인솔용 복합 재료는, ASTM D792에 의해 측정하는 경우, 밀도가 0.08 내지 0.13g/cm3 범위일 수 있다. 또한, 상기 인솔용 복합 재료는, 열전도도가 20 내지 45mW/mK 범위일 수 있다.
본 실시예에서 신발 안창은, 예를 들면, 제1 쿠션층, 제2 쿠션층, 및 족저면 접촉증을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 쿠션층은 일 실시예에 따른 인솔용 복합 재료를 이용하여 제조된 것이고, 상기 제1 쿠션층 상에 부착되며 폴리우레탄을 이용하여 제조된 제2 쿠션층, 상기 제2 쿠션재 상에 부착되며 사용자의 발바닥과 접촉하는 족저면 접촉층을 포함할 수 있다.
제1 쿠션층, 제2 쿠션층 및 족저면 접촉층 사이에는 접착제층이 위치할 수 있다.
본 실시예의 인솔용 복합 재료를 이용하여 제조된 제1 쿠션층을 포함하는 경우, 단열 성능이 우수하면서도 적절한 탄성 및 경도를 확보할 수 있고, 경량성, 통기성이 뛰어나기 때문에 목적에 따라 두께를 조절하여 다양한 용도의 기능성 신발에 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 1
(1) 인솔용 복합 재료의 제조
폴리에테르계 폴리올 98g, 실리카에어로젤 분말 6g을 넣고 교반하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액 104g에 MDI 100g를 첨가하여 교반 후 용기에 공급한 후 발포시켜 인솔용 복합 재료를 제조하였다. 발포는 상온에서 약 5분 이내에 완료되었다.
제조된 복합 재료의 밀도는 0.09g/cm3, 경도는 34(asker C), 열전도율은 36mW/mK이었다.
(2) 인솔 제조
상기 (1)에서 제조한 복합 재료를 이용하여 제1 쿠션층을 제조하였다.
다음, 폴리우레탄폼을 이용하여 제2 쿠션층을 제조한 다음, 제1 쿠션층 상에 접착제를 개재하여 접착하였다.
이후, 부직포를 이용하여 족저면 접촉층을 제조한 다음, 제2 쿠션층 상에 접착제를 개재하여 접착하여 인솔 샘플을 제조하였다.
이때, 제1 쿠션층의 두께는 2.0mm, 제2 쿠션층의 두께는 3.5mm였다.
실시예 2
제1 쿠션층의 두께는 3.5mm, 제2 쿠션층의 두께는 2.0mm로 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 인솔용 복합 재료를 제조한 후 인솔을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 인솔용 복합 재료를 제조한 후 이를 이용하여 제1 쿠션층을 제조하였다. 다음, 제1 쿠션층에 접착제를 개재하여 족저면 접촉층을 접착하여 인솔을 제조하였다. 이때, 제1 쿠션층의 두께는 5.5mm였다.
비교예 1
실시예 1의 (2)에서 제1 쿠션층을 사용하지 않고, 제2 쿠션층을 5.5mm 두께로 제조한 후 여기에 족저면 접촉층만을 접착하여 인솔을 제조하였다.
실험예 1
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 인솔에 대하여, 내열성을 측정하였다.
구체적으로, INSTRON사의 내열성 측정 장비를 이용하여 내열성을 측정하였다. 구체적으로, 측정대 위에 약 -78℃의 드라이아이스를 올려 놓고, 상기 드라이아이스 위에 샘플을 올려 둔 후 가압부재를 이용하여 하기 표 1에 기재된 압력을 가한 상태에서 열 전달을 모니터링 하는 써머커플(Thermocouple)을 이용하여 온도를 측정하였다. 결과는 하기 표 1 및 도 1 내지 도 8에 나타내었다.
무게
(g)		 두께
(nm)		 아커스 C 경도 열전도도
(WmK)		 변형
2psi 10psi
비교예 1 20.3 6.0 26 56 -25.1 -32.6
실시예 1 19.1 5.8 27 44 -23.9 -30.3
실시예 2 18.8 5.8 30 45 -24.0 -24.9
실시예 3 18.5 5.8 34 40 -20.6 -21.8
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 인솔은 제1 쿠션층을 더 포함함에도 불구하고 비교예 1에 비해 가벼운 무게를 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 경량성이 우수하다. 또한, 실시예 1 내지 3은 열전도도는 낮으며, 아커스 경도 C는 높은 것을 확인할 수 있다.
다음, 2 psi에서 측정한 비교예 1에 대한 결과는 도 1에, 실시예 1 내지 3에 대한 결과는 도 2 내지 도 4에, 10 psi에서 측정한 비교예 1에 대한 결과는 도 5에, 실시예 1 내지 3에 대한 결과는 도 6 내지 도 8에 나타내었다.
도 1 및 도 5를 참고하면, 비교예 1에 따라 제조한 인솔의 샘플은 2 psi 및 10 psi 압력에서 각각 주변 온도와 샘플 온도 차이가 큰 것을 알 수 있다.
이에 반해, 도 2 내지 도 4와 도 6 내지 도 8을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조한 인솔의 샘플은, 비교예 1에 비해, 2 psi 및 10 psi 압력에서 각각 주변 온도와 샘플의 온도 차이가 상대적으로 작은 것을 알 수 있다.
도 8을 참고하면, 10 psi 압력에서 실시예 3의 경우, 주변 온도와 샘플의 온도 차이가 현저하게 줄어들어 내열성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (22)

  1. 폴리에테르계 폴리올 및 이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 폴리우레탄; 그리고
    에어로젤 입자;
    를 포함하는 인솔용 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에테르계 폴리올은, 수산기 값이 20-40 mgKOH/g 범위인 인솔용 복합 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에테르계 폴리올은 중량평균분자량이 3,000 내지 7,500 범위인 인솔용 복합 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에테르계 폴리올은, 25℃ 점도가 1,000-4,500 mPa·s 범위인 인솔용 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에테르계 폴리올은, 20℃ 밀도가 1.0 내지 1.1 g/cm3 범위인 인솔용 복합 재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 평균 입경은, 50㎛ 이하인 인솔용 복합 재료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 평균 기공 크기는, 5nm 내지 20nm 범위인 인솔용 복합 재료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 겉보기 밀도는, 0.03 내지 0.1 g/cm3 범위인 인솔용 복합 재료.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 표면에 소수성 작용기를 갖는 인솔용 복합 재료.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 비표면적(BET)은 600 내지 800m2/kg 범위인 인솔용 복합 재료.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자의 열전도도는 0.022 W/mK 이하인 인솔용 복합 재료.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물은 수산기(OH)를 2.5/mol 내지 3.0/mol 범위로 포함하는 인솔용 복합 재료.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물을 기준으로, 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 30 중량% 내지33 중량% 범위인 인솔용 복합 재료.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물은, 20℃ 점도가 250 내지 270 mPa.s 범위인 인솔용 복합 재료.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물은, 25℃ 점도가 210 내지 230 mPa.s 범위인 인솔용 복합 재료.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물은, 25℃ 밀도가 1.2 내지 1.25 g/cm3 범위인 인솔용 복합 재료.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 인솔용 복합 재료 100 중량부를 기준으로,
    상기 폴리우레탄 95 중량% 내지 99 중량%, 그리고
    상기 에어로젤 입자 1 중량% 내지 5 중량%
    를 포함하는 인솔용 복합 재료.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은,
    상기 폴리에테르계 폴리올 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트 화합물을 100 내지 110 중량부 범위로 포함하는 것인 인솔용 복합 재료.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 인솔용 복합 재료는, 아스커(Asker) C 경도가 25 내지 35 범위인 인솔용 복합 재료.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 인솔용 복합 재료는, 아스커(Asker) F 경도가 70 내지 95 범위인 인솔용 복합 재료.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 인솔용 복합 재료는, ASTM D792에 의해 측정하는 경우, 밀도가 0.08 내지 0.13g/cm3 범위인 인솔용 복합 재료.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 인솔용 복합 재료는, 열전도도가 20 내지 40mW/mK 범위인 인솔용 복합 재료.
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