KR101714640B1 - 저온특성이 우수한 친환경 투습방수 필름 조성물, 및 저온유연성 및 내한성을 갖는 친환경 투습방수 필름 - Google Patents

저온특성이 우수한 친환경 투습방수 필름 조성물, 및 저온유연성 및 내한성을 갖는 친환경 투습방수 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 및 유기용매를 포함하고, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지내 고형분 총 중량에 대하여 식물 유래 폴리올 20 내지 50중량%; 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol의 폴리에테르 폴리올 10 내지 40중량%; 디이소시아네이트 20 내지 45중량%; 및 쇄연장제 2 내지 10중량%를 포함함으로써, 우수한 저온특성을 갖는 친환경 투습방수 필름용 조성물 및 이를 이용하여 제조되어 탁월한 투습방수성과 함께 저온유연성 및 내한성을 나타내는 친환경 투습방수 필름이 제공된다.

Description

저온특성이 우수한 친환경 투습방수 필름 조성물, 및 저온유연성 및 내한성을 갖는 친환경 투습방수 필름{Compositions with improved cold properties for eco-friendly moisture-permeable water-proof film, eco-friendly moisture-permeable water-proof film with excellent flexibility at low temperature and improved cold resistance}
본 발명은 저온특성이 우수한 친환경 투습방수 필름 조성물, 및 이를 이용하여 제조된, 저온유연성 및 내한성을 갖는 친환경 투습방수 필름에 관한 것이다.
등산복, 전투복, 경찰복, 소방복 또는 스포츠웨어 등의 소재로 수분은 통과시키지 않으면서도 습기 및 공기는 통과할 수 있는 투습방수 필름이 주로 사용되고 있다.
그러나, 이러한 의류의 소재로서 사용되고 있는 투습방수 필름은 뛰어난 투습방수 기능을 보유하고 있으며 가볍고 착용감도 비교적 양호하지만, 통상적으로 그 두께가 20㎛ 내지 40㎛ 수준으로 얇기 때문에 눈, 비 또는 이슬 등과 같은 수분과 접촉할 경우 필름을 이루는 고분자 자체가 팽윤되어 우글쭈글해지는 현상이 나타나고, 이는 결국 투습방수 필름을 소재로 하여 제조되는 각종 의류들의 품질 불량으로 이어진다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 두께를 40 ㎛ 이상으로 증가시킬 경우, 눈, 비, 이슬 등과 같은 수분과 접촉할 경우에도 팽윤현상은 발생하지 않지만, 그 대신 중량이 크고 착용감이 매우 불편하여 실용화가 곤란하며, 특히 스키복 등과 같이 격렬한 활동성이 요구되는 스포츠웨어의 소재로 사용하는 것이 실질적으로 불가하다는 실용상의 문제점이 있다.
이에 따라, 두께가 얇고 가벼우면서 투습도, 공기투과도가 우수하고 수분에 팽윤되지 않는 의류용 필름에 대한 개발이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-0568574호 한국 특허출원 제2008-102350호
본 발명이 해결하고자 하는 제1기술적 과제는, 저온특성이 우수한 친환경 투습방수 필름 조성물을 제공하는 것이다.
또, 본 발명이 해결하고자 하는 제2기술적 과제는 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조되어, 우수한 저온유연성 및 내한성을 갖는 친환경 투습방수 필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명이 해결하고자 하는 제3기술적 과제는 상기 친환경 투습방수 필름을 포함하는 투습방수포 및 이를 이용한 기능성 의복을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 및 유기용매를 포함하며, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지내 고형분 총 중량에 대하여 식물 유래 폴리올 20 내지 50중량%; 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol의 폴리에테르 폴리올 10 내지 40중량%; 디이소시아네이트 20 내지 45중량%; 및 쇄연장제 2 내지 10중량%를 포함하는 것인 친환경 투습방수 필름용 조성물을 제공한다.
또, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조된 친환경 투습방수 필름을 제공한다.
아울러 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 친환경 투습방수 필름용 조성물을 기재에 캐스팅한 후, 70℃ 내지 180℃에서 건조하는 단계를 포함하는 친환경 투습방수 필름의 제조방법을 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 직물, 편물 및 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 기재층; 및 상기 기재층의 적어도 일면에 위치하는, 상기한 친환경 투습방수 필름을 포함하는 투습방수포를 제공한다.
본 발명에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 포함하여 친환경적인 동시에, 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지내 구성 및 함량이 최적화됨으로써 우수한 저온특성과 함께 탁월한 투습방수 기능을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조한 친환경 투습방수 필름은 투습방수포 뿐만 아니라, 우수한 투습방수기능과 함께 저온유연성 및 내한성이 요구되는 기능성 웨어 등의 분야에 특히 유용할 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은, (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 및 (b) 유기용매를 포함하며,
상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는, 폴리우레탄 수지내 고형분 총 중량에 대하여 (a1) 식물 유래 폴리올 20 내지 50중량%; (a2) 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol의 폴리에테르 폴리올 10 내지 40중량%; (a3) 디이소시아네이트 20 내지 45중량%; 및 (a4) 쇄연장제 2 내지 10중량%를 포함하는 것이다.
이하 각 구성요소 별로 상세히 설명한다.
(a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지를 포함하는 이산화탄소 저감 친환경 투습방수 필름용 조성물이다. 구체적으로, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물은 식물성 바이오매스 함량이 25중량% 이상, 보다 구체적으로는 27중량% 이상이다.
상기 식물성 바이오매스는 초본 에너지작물, 짧은 주기의 목본 작물, 산업작물, 농작물, 수중자원, 농업 작물 찌꺼기 또는 임업 폐기물과 같은 식물의 부산물 또는 폐기물로부터 정제하여 제조한 지방산으로서, 피마자유, 대두유, 옥수수유, 유채씨유, 야자유, 올리브유, 참깨유, 사탕수수유, 해바라기유 및 팜유 중에서 선택된 1종 이상의 식물 유래 폴리올을 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물에 있어서, 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 고형분 성분으로서 상기한 (a1) 식물 유래 폴리올과 함께, (a2) 폴리에테르 폴리올, (a3) 디이소시아네이트계 경화제 및 (a4) 쇄연장제를 포함하고, 비고형분 성분으로서 (a5) 유기용매를 포함한다. 이때, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 내 고형분 함량은 구체적으로 80% 이상일 수 있으며, 상기 고형분 총 중량에 대하여 상기한 (a1) 식물 유래 폴리올 20 내지 50중량%; (a2) 폴리에테르 폴리올 10 내지 40중량%; (a3) 디이소시아네이트 20 내지 45중량%; 및 (a4) 쇄연장제 2 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지에 있어서, 상기 (a1) 식물 유래 폴리올은 앞서 설명한 바와 같으며, 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지의 고형분 총 중량에 대하여 20 내지 50중량%, 보다 구체적으로는 20 내지 30중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 (a1) 식물 유래 폴리올의 함량이 20중량% 미만이면, 제조된 친환경 투습방수 필름의 생분해성이 크게 저하될 수 있고, 50중량%를 초과하여 사용하면 생분해성은 증가하나, 다른 물성이 저하될 우려가 있다.
또 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지에 있어서, 상기 (a2) 폴리에테르 폴리올은 구체적으로 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 또는 폴리테트라메틸렌 글리콜 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 (a2) 폴리에테르 폴리올은 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol인 것으로, 상기한 중량평균 분자량을 가질 때 투습방지 필름의 투습성과 함께 기계적 특성, 그리고 내한성 및 저온유연성을 향상시킬 수 있다. (a2) 폴리에테르 폴리올의 중량평균 분자량 최적화에 따른 필름의 투습성과 기계적 특성, 그리고 내한성 및 저온유연성의 발란스 좋은 개선 효과를 고려할 때, 상기 (a2) 폴리에테르 폴리올의 중량평균 분자량은 보다 구체적으로 2000 g/mol 내지 3000 g/mol일 수 있다.
또 상기 (a2) 폴리에테르 폴리올은 구체적으로 중량평균 분자량 2000 g/mol 이상 3000 g/mol 미만의 제1폴리에테르 폴리올; 및 중량평균 분자량 3000 g/mol 이상 5000 g/mol 미만의 제2폴리에테르 폴리올을 1:9 내지 9:1의 중량비, 보다 구체적으로는 9:1 내지 4:6의 중량비로 포함하는 것일 수 있다. 이와 같이 서로 다른 중량평균 분자량을 갖는 이종의 폴리에테르 폴리올을 상기한 최적 혼합비로 포함함으로써, 필름 제조시 우수한 투습성과 함께 증가된 신율을 나타낼 수 있다.
또 상기 (a2) 폴리에테르 폴리올은 보다 구체적으로 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 3000 g/mol의 폴리에틸렌 글리콜; 및 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol의 폴리테트라메틸렌글리콜을 2:8 내지 7:3의 중량비, 보다 구체적으로는 3:7 내지 5:5의 중량비로 포함하는 것일 수 있다. 상기한 중량평균 분자량 범위를 충족하는 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜을 상기 함량비로 포함함으로써 우수한 투습성과 함께 100% 모듈러스 및 인장강도 등의 기계적 특성 면에서 보다 개선된 효과를 나타낼 수 있다.
상기와 같은 (a2) 폴리에테르 폴리올은 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지의 고형분 총 중량에 대하여 10 내지 40중량%, 보다 구체적으로는 30 내지 35 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.상기 (a2) 폴리에테르 폴리올의 함량이 10중량% 미만이면 제조된 화학물질 침투 방지층의 투습성, 및 기계적 강도를 포함한 내구성이 저하될 우려가 있고, 40중량%를 초과할 경우 상대적으로 식물 유래 폴리올의 함량 감소로 제조되는 친환경 투습방수 필름의 생분해성이 저하될 우려가 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물에 있어서, 상기 (a1) 식물 유래 폴리올과 (a2) 폴리에테르 폴리올은 상기한 함량 범위를 충족하는 조건 하에서 1:1 내지 1:2의 중량비로, 보다 바람직하게는 1:1.2 내지 1:1.6의 중량비로 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 내에 포함될 수 있다. 상기한 혼합 중량비로 포함될 때 우수한 투습방수성과 함께 코팅성 등의 상용성 면에서 유리할 수 있다.
또, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지에 있어서, 상기 (a3) 디이소시아네이트는 경화제 역할을 하는 것으로 폴리우레탄 수지 고형분 총 중량에 대하여 20 내지 45중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 40중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
또, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지에 있어서, 상기 (a4) 쇄연장제는 폴리우레탄 고형분 총 중량에 대하여 2 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 7중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 쇄연장제는 구체적으로 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 1,4-부틸렌글리콜(1,4-butylene glycol), 1,6-헥사메틸렌글리콜(1,6-hexamethylene glycol)과 같은 글리콜류; 또는 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA), 4,4-디페닐메탄디아민(4,4-diphenyl methane diamine, MDA), 또는 이소포렌디아민(isophorene diamine, IPDA)과 같은 디아민류 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또, 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 비고형분 성분으로서 (a5) 유기용매를 더 포함하며, 구체적으로는 폴리우레탄 수지 총 중량에 대하여 20중량% 이하, 보다 바람직하게는 5 내지 20중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 유기용매는 구체적으로 메틸에틸케톤(methylethylketone), 아세톤(acetone), 디에틸케톤(diethylketone) 또는 메틸이소부틸케톤(methylisobuthylketone)중 등의 케톤계 유기용매; 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 1,4-다이옥산(1,4-dioxane) 또는 옥세탄(oxetane) 등의 에테르계 유기용매; 또는 석유에테르 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 또, 상기 석유에테르는 끓는점 30℃ 내지 70℃의 휘발하기 쉬운 석유 유분인 펜탄 및 헥산을 포함하는 것일 수 있다.
또 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물에 있어서 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는, 친환경 투습방수 필름의 기계적 특성 개선을 위하여 폴리에스테르 폴리올(Polyester polyol), 폴리카보네이트(Polycarbonate) 및 폴리카프로락톤 폴리올(Polycaprolactone polyol)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 석유계 폴리올을 더 포함할 수도 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 NCO 지수(index)가 25 내지 60일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 55인 것일 수 있다.
(b) 유기용매
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물에 있어서(b) 유기용매는 구체적으로 케톤계 유기용매, 에테르계 유기용매 및 석유에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있으며, 이들 화합물들의 구체예는 앞서 설명한 바와 같다. 이중에서도 상기 유기용매는 비점 70℃ 내지 90℃인 것일 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기한 비점 조건을 충족하는 메틸에틸케톤일 수 있다.
상기한 바와 같은 (b) 유기용매는 상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 50 내지 100 중량부, 보다 구체적으로는 60 내지 90 중량부, 보다 더 구체적으로는 70 내지 85 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 유기용매의 함량이 50 중량부 미만이면 조성물 자체의 점도가 너무 높아져서 성형성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 100 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 점도가 너무 낮아져서 성형성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 상기 (b) 유기용매보다 높은 비점 및 낮은 표면장력을 갖는 희석제를 50중량부 이하, 보다 구체적으로는 10 내지 50중량부의 함량으로 더 포함할 수도 있다.
상기 희석제는 구체적으로 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 또는 벤젠(benzene) 등의 방향족 탄화수소계 화합물일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 상기 희석제는 110℃ 내지 130℃의 비점을 갖는 화합물일 수 있으며, 보다 구체적으로는 톨루엔 일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 상기 희석제 보다 높은 비등점 및 높은 표면장력을 갖는 용해제를 30중량부 이하, 보다 구체적으로는 5 내지 30중량부의 함량으로 더 포함할 수 있다.
상기 용해제는 구체적으로 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 및 N-메틸피롤리돈(N-Methyl Pyrrolidone)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 이중에서도 상기 용해제는 140℃ 내지 180℃의 비점을 갖는 화합물일 수 있으며, 보다 구체적으로는 디메틸포름아미드 일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 필름의 투습도 향상을 위하여 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 투습도 조절제를 10중량부 이하, 보다 구체적으로는 5 내지 8중량부의 함량으로 더 포함할 수 있다.
상기 투습도 조절제는 구체적으로 산화규소 또는 폴리에틸렌 등일 수 있으며, 이들중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 본 발명의 친환경 투습방수 필름의 적정 물성을 저해하지 않는 범위 내에서 계면활성제, 가교제, 촉매, 안정제, 분산제, 증점제 또는 충진제 등의 1종 이상의 첨가제를 상기 (a) 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 20중량부 이하, 보다 구체적으로는 1 내지 20 중량부의 함량으로 더 포함할 수 있다.
상기한 조성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물은 점도가 1,500 cps 내지 4,000 cps(25℃), 보다 구체적으로는 2,000 cps 내지 3,200 cps(25℃)인 것일 수 있다.
또, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물은 용해도 파라미터가 9 내지 13 cal1/2/cm2/3, 보다 구체적으로는 10 내지 12.5 calcal1/2/cm2/3인 것일 수 있다.
또, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물은 유리전이온도가 -25℃ 내지 -50℃, 보다 구체적으로는 -25℃ 내지 -45℃인 것일 수 있다. 이와 같이 낮은 유리전이온도를 가짐으로써 친환경 투습방수 필름 제조시 필름의 저온유연성 및 내한성을 크게 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 필름 제조시 우수한 투습방수성과 함께 우수한 저온유연성 및 내한성을 나타낼 수 있다.
이에 따라 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조한 친환경 투습방수 필름 및 그 제조방법을 제공한다.
상기 친환경 투습방수 필름은 친환경 투습방수 필름용 조성물을 기재에 캐스팅한 후, 70℃ 내지 180℃에서 건조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 친환경 투습방수 필름의 제조시, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물의 점도는 기재에 캐스팅하는 시점에서 1,500 cps 내지 4,000 cps로 조정해 두는 것이 바람직할 수 있다. 점도가 1,500 cps 보다 낮으면 필름 형성이 어려우며, 기공이 형성되어 내수압이 극단적으로 저하되는 문제가 있을 수 있고, 점도가 4,000 cps 보다 높으면 균일한 피막 형성이 어렵고, 불균일하게 되어 투습도가 저하될 우려가 있다.
또, 상기 기재는 친환경 투습방수 필름용 조성물 성분 중 하나인 용해제 보다 낮은 표면장력을 갖는 것을 사용하는 것이 기재 상에 친환경 투습방수 필름용 조성물이 균일하게 퍼진 캐스트 필름을 얻는 면에서 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 기재는 실리콘 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 필름 또는 폴리에스테르 필름 등일 수 있다. 보다 구체적으로는 표면장력 45 dyne/cm 이하를 갖는 기재, 보다 더 구체적으로는 표면장력 15 내지 30 dyne/cm인 실리콘 표면층을 갖는 이형지, 표면장력 20 내지 40 dyne/cm인 폴리프로필렌 표면층을 갖는 이형지, 표면장력 20 내지 40 dyne/cm인 폴리프로필렌 필름 또는 표면장력 25 내지 40 dyne/cm인 폴리에스테르 필름 등이 사용될 수 있다.
또, 상기 기재와 친환경 투습방수 필름용 조성물의 표면장력은 기재의 표면장력을 S로 하고, 도포 직후의 친환경 투습방수 필름용 조성물의 표면장력을 S1으로, 건조공정 중에 유기용매 또는 희석제가 우선적으로 증발된 후의 친환경 투습방수 필름용 조성물 캐스트필름의 표면장력을 S2라고 할 때, 표면장력 관계가 도포 직후 S>S1이 되고, 건조공정 중에 S<S2로 전환되는 것이다. 이러한 조건을 만족시킬 경우 얻어지는 필름은 기재 상에 균일하게 응고됨으로써, 무공질의 멤브레인 구조, 바람직하게는 무공질의 모노리스 멤브레인 구조를 갖기 때문에 스킨층과 내부층 모두 치밀하며, 도포면 측과 그 반대면 측에 미세공이 거의 없는 친환경 투습방수 필름을 얻을 수 있다.
또한, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물은 용해도 파라미터(solubility parameter)가 폴리우레탄 수지의 용해도 파라미터(약 10cal1/2/cm3/2) 보다 낮은 기재에 도포하는 것이 바람직하다. 즉, 폴리에스테르나 나일론의 필름을 기재로 사용하는 경우, 폴리우레탄 수지 보다 기재의 용해도 파라미터가 크게 되어서 기재가 친환경 투습방수 필름용 조성물의 폴리우레탄 수지를 끌어당겨서 부착되는 경향이 커지게 되어 모노리스 멤브레인 상태가 불균일해 질 수 있다. 여기서, 상기 용해도 파라미터(δ)란 분자간 응집에너지(cohesive energy)를 그 분자체적으로 나눈 값의 제곱근이다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름의 제조방법에 있어서, 상기 캐스트 방법은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며 특별히 한정하지는 않으나, 닥터 나이프 커터(doctor knife coater), 롤 커터(roll coater) 및 도트(dot) 등을 사용하여 수행할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 투습방수 필름의 제조방법에 있어서, 상기 건조는 70℃ 내지 180℃ 온도에서, 보다 구체적으로는 80℃ 내지 160℃의 온도에서 수행될 수 있다.
또, 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물이 희석제 및 용해제를 더 포함하는 경우, 상기 건조는 70℃ 내지 90℃에서 1차 건조를 수행하는 단계; 상기 1차 건조 후 90℃ 초과 110℃ 이하에서 2차 건조를 수행하는 단계; 및 상기 2차 건조 후 110℃ 초과 180℃ 이하에서 3차 건조를 수행하는 단계를 포함하는 다단계 건조에 의해 수행될 수 있다.
상기 친환경 투습방수 필름용 조성물을 기재 상에 도포한 직후에는 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물이 기재 상에 균일하게 도포되어 있는 상태이다. 이 상태에서 초기 건조공정에서는 유기용매의 비점 이하, 예컨대 건조온도 90℃ 미만, 바람직하게는 건조온도 70℃ 내지 90℃에서 30초 내지 120초 동안 건조시킨다. 이렇게 하면, 저비점의 유기용매(예를 들면 MEK)가 우선적으로 증발하고 도포된 기재상의 친환경 투습방수 필름용 조성물이 농축되기 시작하며, 친환경 투습방수 필름용 조성물은 희석제(예를 들면, 톨루엔)가 많이 존재하게 되고 유동성 캐스트 필름 상태로 된다. 다음으로 중기 건조공정에서는 희석제의 비점 이하, 예컨대 건조온도 90℃ 초과 110℃ 이하에서 30초 내지 120초간 건조시킨다. 이 중기 건조공정 동안에 친환경 투습방수 필름용 조성물이 농축되고 표면장력이 오르며 응집력이 상승된다. 그리고 후기 건조공정에서는 건조온도 110℃ 초과 180℃ 이하에서, 보다 구체적으로는 120℃ 내지 160℃에서 30 내지 120초간 건조시킨다. 후기 건조공정 동안에 잔존하는 희석제 및 용해제를 증발시키고, 치밀하게 응고되면서 균일한 무공질의 멤브레인, 바람직하게는 무공질의 모노리스 멤브레인이 형성되고 고화되어서 필름 형태로 고정 안정화된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 상기한 방법에 따라 제조되는 친환경 투습방수 필름은 바이오매스 함량 25중량% 이상, 보다 구체적으로는 27중량% 이상의 이산화탄소 저감 친환경 투습방수 필름으로서, 내수성이 우수하여 수분 접촉시 스웰링이 발생하지 않으며, 형태안정성이 우수하다.
구체적으로, 상기 친환경 투습방수 필름은 JIS L-1099(B-1법)에 의거하여 측정시 투습도 500 g/m2/24h 내지 9,000 g/m2/24h을, 보다 구체적으로는 550 g/m2/24h 내지 8,800 g/m2/24h을 나타낼 수 있다.
또, 상기 친환경 투습방수 필름은 JIS L-1092(고수압법)에 의거하여 측정시, 내수도 6,000 ㎜H2O 내지 10,000 ㎜H2O을, 보다 구체적으로는 7,000 ㎜H2O 내지 10,000 ㎜H2O을 나타낼 수 있다.
또, 상기 친환경 투습방수 필름은 JIS L-1096.6.27.2B(가래형태법)에 의거하여 측정시, 통기도가 10초 내지 30초, 보다 구체적는 10초 내지 25초일 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 친환경 투습방수 필름을 포함하는 투습방수포(또는 투습방수 원단, 또는 투습방수 라미네이트)를 제공한다.
상기 투습방수포는 구체적으로, 직물, 편물 및 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 기재층; 및 상기 기재층의 적어도 일면에 위치하는, 상기 따른 친환경 투습방수 필름을 포함하며, 상기 기재층과 친환경 투습방수 필름 사이에 접착층을 선택적으로 더 포함할 수도 있다.
상기 투습방수포에 있어서, 기재층은 직물, 편물 또는 부직포 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 원단 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 폴리에스테르 장섬유로 제직된 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다.
또, 상기 폴리에스테르 섬유는, 보다 구체적으로는 (ⅰ) 폴리에스테르 수지를 포함하는 코어(core) 성분과, 이산화티탄 및 폴리에스테르 수지를 포함하는 쉬스(sheath) 성분이 복합 방사된 쉬스-코어형 복합 섬유; 및 (ⅱ) 천연섬유 또는 합성섬유로 구성된 단섬유를 포함하는 혼방 방적사인 복합사일 수 있다. 상기 복합사는 원단을 이루는 원사가 된다.
구체적으로는, 상기 복합사를 구성하는 상기 (i) 쉬스-코어형 복합 섬유는 폴리에스테르 수지로 이루어진 코어를, 쉬스 성분인, 이산화티탄이 포함된 폴리에스테르 수지가 둘러싸고 있는 형태를 갖는다.
한편, 상기한 (i) 쉬스-코어형 복합 섬유와 함께 방적사를 형성하는, 상기 (ii) 천연섬유 또는 합성섬유로 구성된 단섬유는, 면, 마, 모, 견, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 레이온, 아라미드, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리아미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이거나, 또는 하나 이상의 단섬유를 혼합 방사하여 제조되는 원사일 수 있다. 천연섬유 또는 합성 섬유와 혼합 방사하여 방적사를 제조하는 경우, 천연섬유 및 합성섬유가 가진 고유의 성질과 장점을 나타낼 수 있어 특히 반복세탁 후에도 면직물과 유사한 촉감을 제공할 수 있다.
상기한 구성의 방적사는 구체적으로 T/C(폴리에스테르, 면), T/R(폴리에스테르, 레이온)일 수 있으며, 혼용율은 폴리에스테르 10 내지 90% 면 및 레이온 10 내지 90%일 수 있다.
또, 상기 방적사는 상기한 쉬스-코어형 복합 섬유의 단사섬도가 1 내지 5데니어이고, 단사장이 10 내지 50mm이며, 방적사의 섬도가 10 내지 120수인 것일 수 있다.
이와 같은 복합사는 기재층을 형성하는 원단을 이루는 원사가 된다. 본 발명의 원단을 구성하는 원사는 총섬도가 10 내지 60 데니어 수준인 것이 바람직하나, 본 발명에서는 원사의 총섬도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기한 장섬유에 의해 제직된 직물, 편물 또는 부직포를 포함하는 기재층은 그 자체로 우수한 견뢰도, 항균성 및 자외선 차단성을 나타낼 수 있다.
또, 상기 접착층은 기재층 전면에 대해 필름 형태로 형성될 수도 있고, 또는 부분적으로 형성될 수도 있다, 접착층이 부분적으로 형성될 경우, 스트라이프 또는 도트 등의 다양한 형태로 패턴화될 수도 있다. 보다 구체적으로는 도트 형태로 패턴화될 수 있다.
상기 접착층은 구체적으로, 상기 폴리우레탄 수지에 사용된 식물성 바이오매스의 부산물 또는 폐기물로부터 정제하여 제조한 지방산을 포함할 수 있으며, 이때 상기 지방산은 피마자유, 대두유, 옥수수유, 유채씨유, 야자유, 올리브유, 참깨유, 사탕수수유, 해바라기유 및 팜유 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기한 투습방수포는 상기한 친환경 투습방수 필름을 포함함으로써 우수한 저온유연성 및 내한성과 함께 탁월한 투습방수 기능을 나타낼 수 있다. 이에 따라 스포츠웨어, 아웃도어, 군복, 작업복 및 특수 환경복 등 우수한 투습방수기능과 함께 저온유연성 및 내한성이 요구되는 기능성 웨어 등의 분야에 특히 유용할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 폴리우레탄 수지의 제조
식물성 폴리올(피마자유 기반) 25 중량%, 중량평균 분자량(Mw) 2000 g/mol의 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 35 중량%, 디이소시아네이트 35 중량%, 쇄연장제 1,4-부틸렌글리콜(1,4-Butylene glycol) 5 중량%를 포함하는 폴리우레탄 수지의 고형분 60 중량%와 유기용제인 메틸에틸케톤(MEK) 40 중량%를 혼합하여 식물성 바이오매스를 함유한 폴리우레탄 수지(NCO 지수 40)를 제조하였다.
(2) 친환경 비팽윤성 투습방수 필름용 조성물 및 필름의 제조
상기 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 MEK(methyl ethyl ketone, 유기용매) 20 중량부, 톨루엔(희석제) 15 중량부 및 다이메틸포름아마이드(DMF)(용해제) 15 중량부를 혼합하여 점도 3,500 cps의 친환경 투습방수 필름용 조성물을 제조한 후, 표면장력 22 dyne/cm 용해도 파라미터 7.4 cal1/2/cm3/2인 실리콘 이형지 위에 닥터나이프코터(doctor knife coater)로 두께 80 ㎛가 되도록 캐스트(cast) 하였다. 다음으로, 80℃에서 30초간 1차 건조를 수행한 후, 120℃에서 30초간 2차 건조를 수행하였으며, 그리고, 160℃에서 30초간 3차 건조를 연속적으로 수행하여 평균두께 75 ㎛를 갖는 바이오매스 기반의 친환경 투습방수 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
식물성 바이오매스를 함유한 폴리우레탄 수지의 제조시 하기 표 1에 기재된 물질을 기재 함량으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하여 친환경 투습방수 필름을 제조하였다.
식물유래 폴리올 폴리에테르 폴리올
실시예 1 식물성 폴리올(피마자유 기반) PEG(Mw 2,000)
실시예 2 식물성 폴리올(피마자유 기반) PEG(Mw 2,000)+PEG (Mw 3,000)
(혼합비=50:50)
실시예 3 식물성 폴리올(피마자유 기반) PTMG (Mw 2,000)
실시예 4 식물성 폴리올(피마자유 기반) PEG(Mw 3,000)+PTMG (Mw 2,000)
(혼합비=50:50)
비교예 1
식물 유래 바이오매스로부터 제조된 폴리우레탄 대신 종래 투습방수 필름 제조시에 사용되는 폴리우레탄 수지(SPU-5357H, ㈜삼호화성사제)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 친환경 투습방수 필름을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 투습방수 필름의 투습도, 내수도 및 통기도를 각각 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 투습도는 JIS L-1099(B-1법)에 의하여 측정하였고, 내수도는 JIS L-1092(고수압법)에 의하여 측정하였으며, 통기도는 JIS L-1096.6.27.2B(가래형태법)에 의해 측정하였다.
투습도(g/㎡/24h) 내수도(㎜H20) 통기도(초)
실시예 1 8,250 10,000 10
실시예 2 8,767 9,150 10
실시예 3 592 10,000 24
실시예 4 5,490 7,050 12
비교예 1 9,480 10,000 10
실험결과, 본 발명에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조한 실시예 1 내지 4의 필름은, 비교예 1과 비교하여 현저히 개선된 투습도 및 통기도를 나타내었다.
실험예 2
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 투습방수 필름의 기계적 물성 및 저온특성을 각각 평가하고, 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
이때, 100% Modulus는 ASTM D 412에 의하여 측정하였고, 인장강도 (Tensile strength)는 ASTM D 412에 의하여 측정하였으며, 신율(Elongation)는 ASTM D 412에 의하여 측정하였다.
또 저온 특성 분석을 위하여 DMA(Dynamic Mechanical Analysis)를 이용하여 기 실시예 및 비교예에서 제조한 투습방수 필름용 조성물의 유리전이온도(Glass transition temperature), Tg를 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
100% Modulus(kgf/cm2) 47 45 52 48 55
Tensile strength(kgf/cm2) 149 133 165 155 343
Elongation(%) 500 550 480 490 550
Tg[℃]
실시예 1 -25℃ ~ -35℃
실시예 2 -25℃ ~ -35℃
실시예 3 -25℃ ~ -35℃
실시예 4 -30℃ ~ -45℃
비교예 1 -30℃ ~ -45℃
실험결과, 본 발명에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조한 실시예 1 내지 4의 필름은, 비교예 1과 비교하여 우수한 기계적 특성 및 저온 특성을 나타내었다.

Claims (20)

  1. 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 및 유기용매를 포함하며,
    상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지내 고형분 총 중량에 대하여 식물 유래 폴리올 20 내지 50중량%; 중량평균 분자량 2000 g/mol 내지 5000 g/mol의 폴리에테르 폴리올 10 내지 40중량%; 디이소시아네이트 20 내지 45중량%; 및 쇄연장제 2 내지 10중량%를 포함하고,
    상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지는 상기 식물 유래 폴리올 및 폴리에테르 폴리올을 1:1 내지 1:2의 중량비로 포함하며,
    상기 식물 유래 폴리올은 피마자유, 대두유, 옥수수유, 유채씨유, 야자유, 올리브유, 참깨유, 사탕수수유, 해바라기유 및 팜유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 폴리에테르 폴리올은 중량평균 분자량 2000 g/mol의 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 중 어느 하나를 포함하거나; 또는 중량평균 분자량 2000 g/mol의 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜 중 어느 하나와, 중량평균분자량 3000 g/mol의 폴리에틸렌글리콜을 50:50의 중량비로 포함하며,
    상기 유기용매는 비점 70℃ 내지 90℃이고, 케톤계 유기용매, 에테르계 유기용매 및 석유에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며,
    상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 상기 유기용매보다 높은 비점 및 낮은 표면장력을 갖는 희석제를 50중량부 이하의 함량으로 더 포함하고, 상기 희석제는 톨루엔, 자일렌 및 벤젠으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 방향족 탄화수소계 화합물을 포함하며,
    상기 식물성 바이오매스 유래 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 상기 유기용매보다 높은 비점 및 높은 표면장력을 갖는 용해제를 30중량부 이하의 함량으로 더 포함하고, 상기 용해제는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며,
    유리전이온도가 -25℃ 내지 -45℃인 것인 친환경 투습방수 필름용 조성물.
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  14. 제1항에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물을 이용하여 제조된 친환경 투습방수 필름.
  15. 제14항에 있어서,
    JIS L-1099(B-1법)에 의거하여 측정시 투습도가 500 g/m2/24h 내지 9,000 g/m2/24h이고, JIS L-1092(고수압법)에 의거하여 측정시 내수도 6,000 ㎜H2O 내지 10,000 ㎜H2O이며, JIS L-1096.6.27.2B(가래형태법)에 의거하여 측정시, 통기도가 10초 내지 30초인 것인 친환경 투습방수 필름.
  16. 제1항에 따른 친환경 투습방수 필름용 조성물을 기재에 캐스팅한 후, 70℃ 내지 180℃에서 건조하는 단계를 포함하는 친환경 투습방수 필름의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 친환경 투습방수 필름용 조성물의 점도가 1,500 cps 내지 4,000 cps인 것인 친환경 투습방수 필름의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 건조가 70℃ 내지 90℃에서 1차 건조를 수행하는 단계; 상기 1차 건조 후 90℃ 초과 110℃ 이하에서 2차 건조를 수행하는 단계; 및 상기 2차 건조 후 110℃ 초과 180℃ 이하에서 3차 건조를 수행하는 단계를 포함하는 다단계 건조에 의해 수행되는 것인 친환경 투습방수 필름의 제조방법.
  19. 직물, 편물 및 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 기재층; 및
    상기 기재층의 적어도 일면에 위치하는, 제14항에 따른 친환경 투습방수 필름을 포함하는 투습방수포.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기재층과 친환경 투습방수 필름 사이에 접착제층을 더 포함하는 것인 투습방수포.
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