KR100792894B1 - 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 표피재의 제조방법에 관한 것으로서, 하이브리드 전기방사 시스템을 이용해 나노섬유 웹을 제조한 뒤 그 후가공으로서 플라즈마 표면처리 공정을 실시함으로써, 내마모성 및 내광성(내후성), 표면 특성이 우수한 나노섬유 웹과 이를 사용한 자동차 내장재용 표피재를 제조할 수 있게 되는 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법에 관한 것이다.

자동차, 내장재, 나노섬유, 웹, 표피재, 하이브리드, 전기방사, 플라즈마, 표면처리, 내광성, 내후성, 내마모, 난연성

Description

자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법{Method for Manufacturing of Skin Materials for Inner Trim of Automobile}

도 1은 본 발명에서 방사공정에 이용될 수 있는 하이브리드 전기방사 시스템의 구성을 도시한 개략도,

도 2는 방사용액 조성에 따른 점도 및 전기전도도 변화를 나타낸 도면,

도 3은 주사전자현미경을 사용하여 촬영한 나노섬유 웹의 사진,

도 4는 플라즈마 표면처리 전후의 색차 비교를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따라 최종 완성된 나노섬유 표피재를 나타낸 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 가스제거장치 21 : 용액 저장조

22 : 용액여과장치 23 : 용액이송장치

24 : 하이브리드 전기방사 구금 25 : 압축공기 발생장치

26 : 송풍기 27 : 벨트 컨베이어

29 : 롤 카렌다 30 : 권취장치

31 : 용매증기 회수장치

본 발명은 자동차 내장재용 표피재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기방사 시스템을 이용해 나노섬유 웹을 제조한 뒤 그 후가공으로서 플라즈마 표면처리 공정을 실시함으로써, 내마모성 및 내광성(내후성), 표면 특성이 우수한 나노섬유 웹과 이를 사용한 자동차 내장재용 표피재를 제조할 수 있게 되는 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 내장재용 표피재로는 헤드라이너 및 선바이저용 표피재, 도어 캐이싱용 표피재, 시트용 표피재 등을 들 수 있다.

이러한 자동차 내장재용 표피재로는 시트상의 폴리염화비닐(PVC), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 폴리올레핀계 엔라스토머(TPO) 등과 폴리에스테르 등으로 이루어진 부직포 소재가 널리 사용되고 있다.

이러한 종래의 부직포형 표피재를 제조하는 기술로서는, 2가지 폴리머 성분(해성분과 도성분)들이 해도형으로 복합되어 있는 해도형 복합섬유를 절단하여 단섬유를 제조하고, 이후 카딩 공정을 통해 상기 단섬유들로 웹(web)을 제조한 뒤 니들펀칭하여 부직포를 제조하며, 이후 폴리우레탄 용액을 함침시킨 뒤 해도형 복합섬유(단섬유) 내 해성분을 용출하여 나노섬유 하이브리드 복합재료를 제조하는 방법이 널리 채용되고 있다.

이러한 나노섬유 하이브리드 복합재료는 인조피혁, 인조스웨드, 일반의류, 생리대, 기저귀, 포장재, 잡화용 소재, 각종 필터 소재, 유전자 전달체와 같은 의료용 소재, 방탄조끼 등의 국방용 소재 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

그러나, 나노섬유는 내마모성이 매우 취약하고, 특히 폴리우레탄계 나노섬유는 내광성이 떨어지기 때문에 자동차 내장재용 표피재로 사용하기에는 어려움이 있고, 따라서 폴리우레탄계 나노섬유를 표피재로 적용하려는 연구가 전무한 실정이다.

폴리우레탄계 나노섬유에 대해서는 운드 드레싱(wound dressing)용 멤브레인 등의 응용분야에 대한 연구가 일부 이루어지고 있으며[J Biomed Mater Res B App Biomater. 2003 Nov 15;67(2):675-9], 폴리우레탄을 포함하는 나노섬유 제조기술과 관련한 특허 역시 다음의 몇 가지가 전부이다.

공개특허 제2005-78677호에는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법을 소개하고 있으며, 특히 여기에서는 고분자 방사용액을 노즐을 통해 콜렉터로 전기방사하여 리본 형태의 나노섬유 웹을 제조하고, 계속해서 나노섬유 웹을 공기꼬임장치 내로 통과시키면서 꼬임을 부여하여 연속상 필라멘트 형태의 나노섬유 필라멘트를 제조하며, 계속해서 나노섬유 필라멘트를 연신하는 방법을 소개하고 있다.

공개특허 제2004-62743호에는 문양을 갖는 나노섬유 부직포의 제조방법을 소개하고 있으며, 전기방사 방식으로 나노섬유 부직포를 제조할 때 콜렉터로 전도성 판 또는 메쉬 상에 형성하고자 하는 문양의 경계선을 따라 홈이 파져 있는 고분자 필름층이 일체형 또는 분리형으로 적층된 것을 사용하는 방법을 소개하고 있다.

공개특허 제2005-1578호에는 전기방사 방식으로 나노 부직포 웹을 제조한 다음, 연속적으로 또는 불연속적으로 제조된 나노 부직포 웹의 기공에 매트릭스용 고분자 용액을 고르게 충진시키는 나노섬유 하이브리드 복합재료의 제조방법을 소개하고 있다.

공개특허 제2005-62683호에는 섬유형성능이 우수한 나노섬유의 제조방법을 소개하고 있으며, 특히 여기에서는 고분자 수지용액인 방사용액을 고전압하에서 노즐을 통해 콜렉터 상에 전기방사하여 섬유직경이 나노수준인 나노섬유를 제조할 때 콜렉터로서 가열장치를 구비한 콜렉터를 사용하는 제조방법을 소개하고 있다.

공개특허 제2005-15610호에는 필터 제조를 목적으로 전기방사 방식으로 부직포 상에 나노섬유를 코팅할 때 드롭현상을 방지하여 부직포 상에 나노섬유를 보다 균일하게 코팅하는 방법을 소개하고 있다.

이하, 종래기술의 문제점에 대하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 부직포형 표피재 제조방법은 단섬유 제조공정, 부직포 제조공정 및 해성분 용출공정 등이 모두 필요하기 때문에 공정이 복잡한 단점이 있으며, 최종 제품의 촉감 및 외관이 일정 수준 이상으로 향상되는 데에는 한계가 있다.

또한 종래의 제조방법에 따라 제조된 시트형 표피재는 통기성이 전혀 없는 필름의 특성을 그대로 보유하고 있어 촉감에 문제가 있다.

또한 종래의 제조방법에 따라 제조된 시트형 표피재는 통기성이 전혀 없는 필름의 특성을 그대로 보유하고 있고, 매끌매끌한 촉감을 가지고 있어 일반적으로 엠보싱 등을 통해 표면가공을 하여 촉감을 개선해야 한다.

또한 공개특허 제2005-1578호의 제조방법에서는 기존의 습식 처리방법을 그대로 사용하고 있으며, 여전히 표피재로서의 요구성능 확보에 문제가 있다.

또한 공개특허 제2005-15610호의 코팅방법은 기존의 부직포형 표피재와 복합화하는 기술로서, 이 또한 표피재로서의 요구성능 확보에 문제를 가진다.

아울러, 종래 플라즈마 표면처리에 의한 내광성 개선에 관한 연구는 전무한 상태이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 하이브리드 전기방사 기술을 이용하여 자동차 내장재용 고내구성 나노섬유 표피재를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 나노섬유 제조를 위한 난연성 방사용액 제조기술을 제공하고, 내광성 및 내후성, 표면 특성 등을 개선할 수 있게 되는 자동차 내장재용 표피재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 하이브리드 전기방사 기술을 이용하여 자동차 내장재용 고내구성 나노섬유 표피재를 제조하는 방법에 있어서,

디메틸포름아미드를 용매로 하면서 폴리카보네이트 디올과 메틸렌디이소시아 네이트를 주원료로 사용하고 1,4-부탄디올을 사슬 확장제로 사용하여 이들을 혼합 후 용액 중합함으로써 방사용액을 제조하되, 최종적으로 폴리우레탄 고형분 함량이 용매 80 중량부에 대해서 10 ~ 20 중량부이고 점도가 20,000 cps ± 2,000인 방사용액을 제조하는 단계와;

상기 방사용액을 하이브리드 전기방사 구금을 이용하여 전기방사함으로써 부직포상의 폴리우레탄 나노섬유 웹을 얻는 단계와;

플라즈마 표면처리에 의해 방오성 및 내광성을 향상시키는 단계와;

얻어진 나노섬유 웹을 라미네이팅 공정을 통해 지지체와 접착하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 사슬 확장제로 사용하는 1,4-부탄디올은 상기 폴리우레탄 고형분에 대해서 1 ~ 2 중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방사용액을 제조함에 있어서, 상기 디메틸포름아미드에 대해서 0.1 ~ 0.5 중량부의 무수염화칼슘을 추가로 용해하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방사용액을 제조함에 있어서, 상기 폴리우레탄 고형분에 대해서 1 ~ 10 중량부의 시트릭산 에스테르계 가소제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 시트릭산 에스테르계 가소제로는 트리에틸 시트레이트(triethyl citrate), 아세틸 트리에틸 시트레이트(acetyl triethyl citrate), 아세틸 트리뷰틸 시트레이트(acetyl tributyl citrate) 및 트리-엔-프로필 시트레이트(tri-n- propyl citrate) 중에 선택된 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전기방사하여 얻은 폴리우레탄 나노섬유 웹을 플라즈마 표면처리 장비에서 불소계 가스 C₂F₆를 80sccm±16sccm 범위에서 투입하여 플라즈마 표면처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하이브리드 전기방사 기술을 이용하여 자동차 내장재용 고내구성 나노섬유 표피재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 나노섬유 제조를 위한 난연성 방사용액 제조기술을 제공하고, 또한 나노섬유 웹을 이용한 자동차 내장재용 표피재를 제공하기 위한 것이며, 하이브리드 전기방사 시스템을 이용해 나노섬유 웹을 제조한 뒤 그 후가공으로서 플라즈마 표면처리 공정을 실시함으로써 표면 특성을 향상시키고자 한 것이다.

또한 본 발명은 내마모성 및 내광성(내후성)을 개선한 자동차 내장재용 표피재를 제공하고자 한 것이며, 본 발명에 따른 나노섬유 피복재는 새로운 촉감의 오감섬유소재로서, 높은 표면적, 뛰어난 통기성(breathability), 기존 소재와 다른 독특한 표면 구조 및 특성을 보유하게 된다.

그리고, 전세계적으로 나노섬유에 대하여 자동차 내장재에 필요한 내후성, 내마모성 등의 내구성과 난연성 등에 대한 연구개발이 전무한 실정인 바, 본 발명은 낮은 열전도도, 높은 표면적과 뛰어난 통기성, 우수한 내광성 및 내후성, 내구 성(내마모성), 난연성을 가지면서 기존 합성피혁과는 상이한 새로운 촉감의 자동차 내장재용 폴리우레탄 나노섬유 표피재를 제조할 수 있는 방법을 개시한다.

이하, 본 발명에 따른 표피재 제조과정을 상술하면 다음과 같다.

우선, 하이브리드 전기방사 공정을 통해 나노섬유 웹을 제조하기 위한 방사용액을 제조한다.

본 발명에서는 디메틸포름아미드(N,N-Dimethyl formamid;DMF)를 용매로 하면서 폴리카보네이트 디올(Polycarbonate diol)과 메틸렌디이소시아네이트(Methylenediisocyanate;MDI)를 주원료로 혼합 사용하여 용액 중합함으로써 방사용액을 제조한다.

이때, 바람직하기로는, 사슬 확장제(chain extender)로 1,4-부탄디올을 첨가하여 용액 중합할 수 있는 바, 사슬 확장제로 사용하는 1,4-부탄디올은 부탄디올은 상기 폴리우레탄 고형분 대해서 1 ~ 2 중량부를 사용한다.

여기서, 1 중량부 미만을 사용하면 가교가 충분하지 않아 후속의 라미네이팅 가공공정에서 요구되는 내열성에 문제가 있고, 2 중량부를 초과하여 하여 사용하면 폴리우레탄의 특성이 너무 하드(hard)해지는 문제가 있는 바, 사슬 확장제는 1 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 방사에 적합한 전도도를 얻기 위하여 방사용액에 무수염화칼슘을 디메틸포름아미드에 대해서 0.1 ~ 0.5 중량부를 용해시킬 수 있으며, 이때 0.1 중량부 미만을 첨가하면 전도도 향상이 작아 방사성이 떨어지는 문제가 있고, 0.5 중량부를 초과하여 첨가하면 방사용액내 폴리우레탄 성분이 응집하여 석출하는 문제가 있 어, 바람직하지 않다.

그리고, 방사용액을 제조함에 있어서, 가소제를 사용하여 나노섬유 웹의 표면 특성을 개선할 수 있는 바, 무독성인 시트릭산 에스테르계 가소제를 폴리우레탄 고형분에 대해서 1 ~ 10 중량부를 첨가하는 경우 표면 연성(softness)을 향상시킬 수 있고, 여기서 시트릭산 에스테르계 가소제로는 트리에틸 시트레이트(triethyl citrate), 아세틸 트리에틸 시트레이트(acetyl triethyl citrate), 아세틸 트리뷰틸 시트레이트(acetyl tributyl citrate) 및 트리-엔-프로필 시트레이트(tri-n-propyl citrate) 등이 사용될 수 있다.

상기한 과정을 거쳐, 최종적으로는 방사용액에서 폴리우레탄 고형분의 함량이 용매 100 중량부 대해서 10 ~ 20 중량부가 되도록 하고, 방사용액의 점도가 20,000 cps ± 2,000인 방사용액을 제조한다.

여기서, 폴리우레탄 고형분 함량을 10 중량부 미만으로 할 경우 방사시 용매가 휘발되지 않는 문제가 있고, 20 중량부를 초과하도록 하면 방사용액의 점도가 너무 높아 얻어진 웹의 섬유 굵기가 수 미크론에 이르는 문제가 있다.

상기와 같이 디메틸포름아미드를 용매로 하고 폴리카보네이트 디올과 메틸렌디이소시아네이트를 사용하여 합성한 폴리우레탄 방사용액은 우수한 방사성 및 난연성을 가진다.

다음으로, 상기와 같이 특정 조성과 고형분 비율에 맞춰 합성한 폴리우레탄 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 제조하는 공정을 거치게 되는데, 하이브리드 전기방사 시스템에서, 분자량 조절 등 별도의 추가 공정 없이, 폴리우레탄 방사 용액을 합성하고 이를 직접 전기방사하여 연속적으로 부직포상의 나노섬유 웹을 얻는다.

첨부한 도 1은 본 발명에서 방사공정에 이용될 수 있는 하이브리드 전기방사 시스템의 구성을 도시한 개략도로서, 하이브리드 전기방사 구금을 이용하여 부직포형 나노섬유 웹을 제조하기 위한 공정설비를 나타내고 있다.

도시한 바의 하이브리드 전기방사 시스템에 대해서는 공개특허 제2006-25290호에 상세히 개시되어 있는 바, 이를 참조하여 간략히 설명하기로 한다.

하이브리드 전기방사 구금(24)의 방사노즐을 통해 방사된 폴리머 용액(폴리우레탄 방사용액)의 상태는 미립화한 방사용매와 필라멘트 형태의 극세화한 섬유가 혼재되어 있는 상태이며, 분출속도와 압력이 크게 감소하여 벨트 컨베이어(27) 방향으로 이동하게 된다.

미립화한 방사용매는 매우 불안정한 상태로 벨트 컨베이어(27)에 도달하면서 주변으로 휘발되거나, 벨트 컨베이어(27)와 연결된 흡입 송풍기(26)를 통해 용매증기 회수장치(32)로 빠져나가게 되고, 마지막으로 필라멘트 형태의 극세섬유가 벨트 컨베이어(27)에 안착되어 부직포 형태의 웹이 얻어지게 된다.

고분자 저장조(18)와 용매 저장조에 각각 저장되어 있던 원료를 용해 및 용액 저장조(21)로 이송하여 완전히 용해시킨 다음 가스제거장치(20)를 통해 용액 중의 가스(공기)를 완전히 제거한다.

가스 제거를 하지 않을 경우 방사시 유체의 흐름이 불균일해지고, 절사가 발생하는 원인이 되므로 반드시 가스 제거를 해야 한다.

이후 용액여과장치(22)를 거쳐 불순물 및 비용해 잔유물을 제거한 다음 용액이송장치(23)를 거쳐 하이브리드 전기방사 구금(24)으로 이동시킨다.

인가한 고전압과 압축공기 발생장치(25)로부터 발생하여 하이브리드 전기방사 구금(24)의 미세화 압축공기 분사구멍을 통해 분출하는 고압 공기의 무화(霧化;atomization) 작용에 의해 극세한 섬유를 형성할 수 있다.

방사된 극세 섬유들은 하부에 위치한 흡입 송풍기(26)와 연결된 벨트 컨베이어(27) 표면에 안착하게 되고, 하이브리드 전기방사 구금의 압축공기 분사구멍으로부터 공기를 분출하여 방사 유체와 충돌시킴으로써 섬유들이 벨트 컨베이어의 표면에 고속으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

또한 크로스 성형기를 통해 저 중량의 웹을 적층함으로써, 고중량의 웹을 얻을 수 있으며, 적층을 통해 웹의 균제도가 크게 향상되며, 다양한 폭 조절이 가능하다.

크로스 성형기를 통해 적층된 웹은 닙롤(nip roll)을 통과한 다음 정전기 제거장치를(29)를 통해 웹에 존재하는 정전기를 제거한 다음 마지막으로 원단 권취장치(30)를 통해 롤 상태로 만들어진다.

방사공정 중에 발생하는 증기상의 용매는 흡입 송풍기(26)를 통해 제거되어 용매증기 회수장치(31)를 통해 회수된다.

상기 하이브리드 전기방사 시스템을 이용한 방사조건으로서, 방사전압(인가전압)은 40 ~ 50kV로 하고, 전기방사 구금의 방사노즐 끝과 콜렉터(벨트 컨베이어) 사이의 거리는 20cm로 한다.

또한 직경이 0.5mm이고 직경 대 길이의 비(L/D)가 8/1인 방사노즐을 사용하며, 방사용액의 온도를 30 ~ 60℃로 유지하여 방사공정을 실시한다.

상기와 같이 폴리카보네이트 디올과 메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 폴리우테탄으로부터 얻어진 나노섬유 웹은 우수한 내구성(내마모성)과 내광성을 가진다.

다음으로, 전기방사를 통해 폴리우레탄 나노섬유 웹을 얻게 되면, 표면 특성 향상을 위하여 플라즈마 표면처리 장비를 이용해 표면처리를 실시한다.

본 발명에서는 전기방사하여 얻어진 폴리우레탄 나노섬유 웹을 불소계 가스 C₂F₆을 이용하여 플라즈마 표면처리를 하게 되며, 이러한 표면처리 공정에 의하여 내광성을 크게 개선할 수 있는 동시에 부가적으로 방오성을 부여할 수 있게 된다.

상기와 같이 얻어진 나노섬유 웹을 통상의 과정대로 라미네이팅 공정에서 라미네이터(flat-bed laminator)(32)를 이용해 지지체와 접착하여 나노섬유 표피재를 얻게 된다.

이와 같이 하여, 상기의 공정을 거치게 되면, 기존의 나노섬유에 비해 우수한 내구성(내마모성), 내광성, 내후성, 난연성 등을 가지면서 기존의 합성피혁에 비해 높은 표면적 및 뛰어난 통기성을 가지는 새로운 촉감의 오감섬유를 제조할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 폴리우레탄 나노섬유 표피재는 기존의 시트상 표피재와 부직포상 표피재의 중간적인 특성을 가지며, 헤드라이너 및 선바이저용 표피재, 도어 케이싱용 표피재, 시트 등 자동차 내장재용 표피재로서 널리 활용이 가능하다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명하겠는바. 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 및 비교예 ]

- 방사용액 제조

전기방사원료는 NFR103, NFR106, UW8650를, 용제는 DMF(N,N-Dimethyl formamid, ACROS社)를 사용하였고, 용액 제조는 DMF에 CaCl₂(Calcium Chloride Anhydrous, SHINYO PURE Chemicals)를 무게분율(wt%)로 2시간 교반시킨 후 용제(wt%)로 원료와 1시간 교반하여 사용하였다.

샘플에 사용된 원료와 용제는 하기 표 1과 같다.

* UW8650은 합피 제조에 일반적으로 사용하는 폴리우레탄임

- 하기 표 2와 도 2는 방사용액 조성에 따른 점도 및 전기전도도 변화(염화칼슘 함량 0.1중량%)를 나타낸 것이다.

하기 표 3은 실험에 사용된 방사용액에 대해 나타낸 표이다.

- 특성평가 및 분석

특성평가 및 분석을 실시하였으며, 최대인장강도, 표면등급, 내마모성, 내광성을 비교 평가하였는 바, 최대인장강도, 내마모성, 내광성은 정적 계량치 망대특성 S/N비로부터 구하였으며, 표면등급(시각적 외관 평가)은 계수치이므로 망대 2조 계수치 S/N비를 사용하였다.

a. 최대인장강도 평가

측정조건으로서, 시험편은 MD 및 CD 방향에서 20×50mm 크기로 각각 5개씩 채취하였고, Universal Testing Machine(H100KS, HOUNSFIELD社)를 이용하여, 한 조건당 10회 측정을 하였으며, 데이터 영역은 최대값과 최소값을 제외한 8개의 데이터를 산출하였다.

측정결과를 하기 표 4에 나타내었다.

b. 섬유직경 측정

측정조건으로서, 주사전자현미경(SEM) JEOL(JSM-6400)을 사용하여 나노섬유 웹의 표면을 측정하였으며, 섬유의 평균직경을 구하였다.

측정결과를 하기 표 5에 나타내었으며, 도 3은 주사전자현미경 사진이다.

c. 내마모성 평가

측정조건으로서, Martindale 내마모성 시험기를 사용하여 완전히 파괴될 때까지의 싸이클(구멍이 뚫릴 때까지의 회전수)을 구하여 비교하였다.

측정결과를 하기 표 6에 나타내었다.

d. 내광성 평가

시험조건으로서, Atlas社의 Ci5000 Weather-O-meter(Xenon)를 이용하여 내광성 시험을 수행하였으며, GretagMacbeth COLOR-EYE 3100를 사용하여 내광성 시험 전후의 색차를 확인하였다.

하기 표 7은 시험조건이며, 하기 표 8은 측정결과를 나타낸 것이다.

e. 표면등급 평가

평가조건으로서, 4인의 평가자에게 각각 본 실험의 샘플 9종을 제시하고, 시각적 외관 평가를 통해 등급을 결정한 후 그 결과를 수치로 환산하였다(1점일수록 가장 우수).

하기 표 9는 평가결과를 나타낸 것이다.

이러한 표면 등급의 차이는 JEOL사의 JSM-6400 주사현미경을 이용하여 나노섬유 웹 표면의 평균 섬유직경을 측정하여 섬유직경이 작고 균일할수록 우수한 외관을 나타냄을 알 수 있었다.

하기 표 10에 측정결과를 나타내었다.

f. 플라즈마 표면처리 효과

시험조건으로서, Euoroplasma社의 CD 400 MC 플라즈마 표면처리 시스템(Plasma Surface Treatment System)을 이용하여 나노섬유 웹을 표면처리하였다.

시험조건과 측정 결과를 각각 다음의 표 11과 표 12에 나타내었다.

도 4는 플라즈마 표면처리 전후의 색차 비교를 나타낸 그래프이다.

g. S/N비 분석

밑줄친 값은 각각의 S/N비가 가장 높은 값으로, 각각의 특성치에 대한 최적조건이며, 마지막의 평균 S/N비는 세 가지 특성치를 고려하였을 때 1번이 S/N비가 가장 크므로 최적조건임을 알 수 있다.

h. 분산분석

실험에 영향을 미치는 인자를 구분하기 위해 분산분석을 하였으며, 그 결과를 하기 표 14에 나타내었다.

분산분석결과 나노섬유 웹의 인장강도는 용액조건으로 컨트롤할 수 있지만, 내마모성, 내광성, 표면특성은 용액조건보다는 고분자 자체에 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

가장 우수한 실험조건으로는 최대인장강도 측면에서는 실험번호 9번, 표면 등급 측면에서는 실험번호 1번, 내마모성인 경우 실험번호 2, 4번, 내광성인 경우 7번으로 확인되었으며, 다섯 특성치를 함께 비교해 본 경우 실험번호 1번이 가장 우수한 제품임을 알 수 있었다.

상기 실험번호 1의 조건으로 제조된 폴리우레탄 나노섬유 웹을 기존 자동차용 내장재로 사용되는 부직포 지지체의 표면에 라미네이팅 공정을 통해 접착하여 얻어진 제품의 사진을 도 5에 나타내었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법에 의하면, 하이브리드 전기방사 시스템을 이용해 나노섬유 웹을 제조한 뒤 그 후가공으로서 플라즈마 표면처리 공정을 실시함으로써, 내마모성 및 내광성(내후성), 표면 특성이 우수한 나노섬유 웹과 이를 사용한 자동차 내장재용 표피재를 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 나노섬유 피복재는 새로운 촉감의 오감섬유소재로서, 높은 표면적, 뛰어난 통기성(breathability), 기존 소재와 다른 독특한 표면 구조 및 특성을 보유하게 된다.

본 발명에 따라 제조되는 나노섬유 표피재는 자동차 헤드라이너 및 선바이저용 표피재, 도어 케이싱용 표피재 및 시트용 소재로 널리 활용될 수 있다.

Claims (6)

1. 하이브리드 전기방사 기술을 이용하여 자동차 내장재용 고내구성 나노섬유 표피재를 제조하는 방법에 있어서,

   디메틸포름아미드를 용매로 하면서 폴리카보네이트 디올과 메틸렌디이소시아네이트를 주원료로 사용하고 1,4-부탄디올을 사슬 확장제로 사용하여 이들을 혼합 후 용액 중합함으로써 방사용액을 제조하되, 최종적으로 폴리우레탄 고형분 함량이 용매 80 중량부에 대해서 10 ~ 20 중량부이고 점도가 20,000 cps ± 2,000인 방사용액을 제조하는 단계와;

   상기 방사용액을 하이브리드 전기방사 구금을 이용하여 전기방사함으로써 부직포상의 폴리우레탄 나노섬유 웹을 얻는 단계와;

   플라즈마 표면처리에 의해 방오성 및 내광성을 향상시키는 단계와;

   얻어진 나노섬유 웹을 라미네이팅 공정을 통해 지지체와 접착하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 사슬 확장제로 사용하는 1,4-부탄디올은 상기 폴리우레탄 고형분에 대해서 1 ~ 2 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 내광성 나노섬 유 표피재의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 방사용액을 제조함에 있어서, 상기 디메틸포름아미드에 대해서 0.1 ~ 0.5 중량부의 무수염화칼슘을 추가로 용해하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 방사용액을 제조함에 있어서, 상기 폴리우레탄 고형분에 대해서 1 ~ 10 중량부의 시트릭산 에스테르계 가소제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 전기방사하여 얻은 폴리우레탄 나노섬유 웹을 플라즈마 표면처리 장비에서 불소계 가스 C₂F₆를 80sccm±16sccm 범위에서 투입하여 플라즈마 표면처리하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 내광성 나노섬유 표피재의 제조방법.

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