KR102486278B1 - Method of manufacturing graphene coated fabric - Google Patents

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본 발명은 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 그래핀 산화물 수 분산액에서 물을 유기용매로 치환하여 바인더 수지 유기 용매 용액과 혼합함으로써 혼합이 용이하고 그래핀 산화물의 분산이 균일하고 함량이 높은 코팅액의 제조되는 것이 가능해진다.
이러한 그래핀-수지 코팅액을 코팅한 섬유원단은 세탁을 많이 하여도 항균성의 저하가 억제되는 것이 가능해진다.
The present invention relates to a method for producing a graphene-coated fiber fabric. It becomes possible to produce a coating liquid with uniform dispersion and high content.
Textile fabrics coated with such a graphene-resin coating solution can be suppressed from deterioration of antibacterial properties even after a lot of washing.

Description

그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법{Method of manufacturing graphene coated fabric}Manufacturing method of graphene-coated textile fabric {Method of manufacturing graphene coated fabric}

본 발명은 항균성을 나타내기 위해 섬유원단에 그래핀을 코팅하는 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a manufacturing method of coating graphene on a textile fabric to exhibit antibacterial properties.

그래핀은 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양의 격자구조를 이루는 2차원 구조의 탄소 동소체로, 그 두께가 하나의 원자 크기이다. Graphene is a carbon allotrope with a two-dimensional structure in which carbon atoms form a hexagonal honeycomb lattice structure, the thickness of which is the size of one atom.

그래핀은 인장강도가 강철보다 311배 더 강하고, 전자 이동도는 실리콘보다 1000배 더 빠르며, 열전도도는 구리보다 10배 이상 우수하고, 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명하며, 휘거나 늘려도 특성이 유지되는 성질을 가진다.Graphene has tensile strength 311 times stronger than steel, electron mobility 1000 times faster than silicon, thermal conductivity 10 times better than copper, transparent enough to pass 98% of light, and characteristics even when bent or stretched. has this property.

그래핀은 전기적, 열적, 기계적 특성이 우수하며, 이러한 특성들로 인해 도전재료, 전자파 차폐재료, 태양전지, 고분자 복합재료 등에 응용되고 있다.Graphene has excellent electrical, thermal, and mechanical properties, and due to these properties, it is applied to conductive materials, electromagnetic wave shielding materials, solar cells, and polymer composite materials.

흑연은 이러한 그래핀들이 층층이 쌓여 있는 구조이며, 그래핀 제조의 출발 물질이 된다. Graphite is a structure in which these graphenes are stacked in layers, and is a starting material for producing graphene.

흑연을 이용한 그래핀의 화학적 제조방법의 일 예를 하기와 같이 설명한다. An example of a method for chemically producing graphene using graphite will be described as follows.

먼저 흑연을 강산으로 처리하여 산화시킨다. First, graphite is treated with strong acid to oxidize it.

탄소와 산이 반응하면 하이드록시기, 에폭사이드기, 카르복실기, 락톨기 등 탄소에 산소 기능기가 함유된 그래핀 산화물이 생성된다. When carbon and acid react, graphene oxide containing oxygen functional groups such as hydroxyl group, epoxide group, carboxyl group, and lactol group is produced.

그래핀 산화물은 산소 기능기이기 때문에 수용액에 잘 분산이 된다. Since graphene oxide is an oxygen functional group, it is well dispersed in an aqueous solution.

그래핀 산화물의 수 분산액을 원하는 패턴으로 변형시킨 후 환원제를 이용하거나 고온에서 처리를 하여 산소를 떼어내면 그래핀이 생성된다. Graphene is produced by transforming the aqueous dispersion of graphene oxide into a desired pattern and removing oxygen by using a reducing agent or treating at a high temperature.

환원제로서 황화수소, 하이드라진, 하이드로퀴논, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 이용하여 반응시켜 그래핀을 제조한다. Graphene is prepared by reacting using hydrogen sulfide, hydrazine, hydroquinone, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. as a reducing agent.

대한민국 등록특허 제1233818호에 그래핀이 처리된 섬유의 제조방법이 기재되어 있다. Republic of Korea Patent Registration No. 1233818 describes a method for producing graphene-treated fibers.

상기 특허에 의하면 그래핀 산화물을 포함하는 분산액을 양이온화된 섬유에 처리하고 그래핀 산화물로 처리된 섬유를 환원시켜 그래핀이 처리된 섬유의 제조방법이 기재되어 있다. According to the above patent, a method for producing graphene-treated fibers is described by treating cationized fibers with a dispersion containing graphene oxide and reducing the fibers treated with graphene oxide.

이때 그래핀 산화물을 포함하는 분산액의 제조방법은 하기와 같다, At this time, the method for preparing the dispersion containing graphene oxide is as follows,

흑연을 황산에 넣은 후 반응기의 온도가 20℃가 넘지 않도록 유지하면서, 과망간산칼륨을 첨가하여 30 내지 40℃에서 60 내지 120분 동안 교반하고, 교반시 탈이온수를 분할하여 추가한다.After putting the graphite in sulfuric acid, while maintaining the temperature of the reactor not to exceed 20 ° C, potassium permanganate is added and stirred at 30 to 40 ° C for 60 to 120 minutes, and deionized water is added in portions while stirring.

다음으로 탈이온수와 과산화수소를 추가하여 용액이 황금색으로 변색될 때까지 교반한다. 이후 필터 페이퍼를 이용하여 여과하고, 필터 페이퍼에 수집된 페이스트를 진공 건조시킨다. 진공 건조된 페이스트를 다시 탈이온수에 넣고 초음파 분산시키면, 그래핀 산화물을 포함하는 분산액이 제조된다. Next, add deionized water and hydrogen peroxide and stir until the solution turns golden. Thereafter, filtering is performed using filter paper, and the paste collected on the filter paper is vacuum dried. When the vacuum-dried paste is again placed in deionized water and ultrasonically dispersed, a dispersion containing graphene oxide is prepared.

상기 특허에 의하면 그래핀 산화물 수분산액으로 처리된 섬유가 그래핀에 의해 전기전도성, 대전성, 소취성 및 항균성이 향상되는 특성이 나타나고 있다. According to the above patent, the fibers treated with the graphene oxide aqueous dispersion have improved electrical conductivity, chargeability, deodorization and antibacterial properties by graphene.

그러나 이러한 제조방법은 섬유 표면에 대한 도포력과 접착력이 낮아 장시간 사용할 경우 품질이 저하하여 내구성이 나빠지는 문제가 있다. However, this manufacturing method has a problem in that the coating force and adhesion to the fiber surface are low, and the quality deteriorates when used for a long time, resulting in poor durability.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그래핀 산화물 수 분산액을 이용하되 코팅방법을 사용함으로써 그래핀에 의해 발현되는 특성이 그래핀이 코팅된 섬유원단에서 장시간 유지되도록 하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, and a manufacturing method using a graphene oxide water dispersion but using a coating method so that the properties expressed by graphene are maintained for a long time in the graphene-coated fiber fabric. intended to provide

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 그래핀 산화물 분산액, 폴리우레탄 및 유기 용매를 포함하여 이루어진 그래핀-수지 함유 코팅액을 섬유 원단에 코팅하고 열건조하여 이루어지는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법에 있어서, 상기 그래핀 산화물 분산액은, 그래핀 산화물 수 분산액을 농축하여 그래핀 산화물 슬러리를 얻는 제1단계; 상기 그래핀 산화물 슬러리에 물과 섞이는 양쪽성 성질의 양쪽성 용매를 가하여 얻어진 용액에 충격파를 가하는 제2단계; 상기 제2단계 이후에 농축하여 양쪽성 용매 함유 그래핀 산화물 슬러리를 얻는 제3단계; 및 상기 양쪽성 용매 함유 그래핀 산화물 슬러리에 유기 용매를 가하는 제4단계;를 포함하고, 상기 제2단계와 제3단계를 2회 이상 반복하여 제조된 그래핀 산화물 분산액인 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is to manufacture a graphene-coated textile fabric obtained by coating a graphene-resin containing coating solution including a graphene oxide dispersion, polyurethane, and an organic solvent on a textile fabric and drying it by heat. In the method, the graphene oxide dispersion may include: a first step of concentrating a graphene oxide aqueous dispersion to obtain a graphene oxide slurry; A second step of applying shock waves to a solution obtained by adding an amphoteric solvent miscible with water to the graphene oxide slurry; A third step of concentrating after the second step to obtain an amphoteric solvent-containing graphene oxide slurry; and a fourth step of adding an organic solvent to the amphoteric solvent-containing graphene oxide slurry, wherein the graphene oxide dispersion is prepared by repeating the second and third steps two or more times. It provides a method for producing this coated fiber fabric.

본 발명에 따르면 그래핀 산화물 수 분산액에서 물을 유기용매로 치환하여 바인더 수지 유기 용매 용액과 혼합함으로써 혼합이 용이하고 그래핀 산화물의 분산이 균일하고 함량이 높은 코팅액의 제조되는 것이 가능해진다. According to the present invention, by replacing water with an organic solvent in a graphene oxide aqueous dispersion and mixing it with an organic solvent solution of a binder resin, it is possible to prepare a coating solution having a uniform dispersion of graphene oxide and a high content of the graphene oxide.

이러한 그래핀-수지 코팅액을 코팅한 섬유원단은 세탁을 많이 하여도 항균성의 저하가 억제되는 것이 가능해진다. Textile fabrics coated with such a graphene-resin coating solution can be suppressed from deterioration of antibacterial properties even after a lot of washing.

본 발명은 그래핀 산화물 수 분산액을 이용하여 그래핀-수지 코팅액을 제조하고 이 그래핀-수지 코팅액을 섬유원단에 코팅하여 이루어지는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a graphene-coated textile fabric by preparing a graphene-resin coating solution using a graphene oxide aqueous dispersion and coating the graphene-resin coating solution on a textile fabric.

본 발명은 그래핀 산화물 수분산액을 이용하여 그래핀이 함유된 수지 코팅액을 제조하기 위한 것이다. The present invention is to prepare a resin coating solution containing graphene using a graphene oxide aqueous dispersion.

일반적으로 분산용매로서 물을 사용한 그래핀이 함유된 수지 코팅액은 그래핀을 균일하게 분산시키기 어렵고 그래핀의 함량을 높이는데 한계가 있으며, 섬유원단에 코팅할 때에 물에 의해 건조 시간이 길어져 생산성이 저하하고, 섬유원단 표면에 대한 도포력과 접착력이 낮아지는 품질의 문제가 있다. In general, a resin coating solution containing graphene using water as a dispersion solvent is difficult to uniformly disperse graphene and has limitations in increasing the content of graphene. There is a problem of quality that deteriorates, and the coating force and adhesive force on the surface of the fiber fabric are lowered.

본 발명은 그래핀 산화물 수분산액에서 그래핀 산화물에 흡착된 물을 비수계 용매로 치환하여 분산용매로서 유기용제를 사용하여 상기한 문제를 해결함과 동시에 유기 용제에 분산된 바인더와의 혼합성을 향상한 것이다. The present invention solves the above problems by using an organic solvent as a dispersion solvent by substituting a non-aqueous solvent for water adsorbed on graphene oxide in an aqueous dispersion of graphene oxide, and at the same time improves mixing with a binder dispersed in an organic solvent. it has improved

이를 위해 그래핀 산화물 수분산액에 충격파를 반복적으로 가하여 그래핀 산화물 표면에 부착된 물을 탈착시키고 동시에 물보다 과량으로 존재하는 주변의 양쪽성 용매로 탈착된 물을 치환시켜 유기 용매로 치환된 그래핀 산화물을 이용하는 것이다. To this end, shockwaves are repeatedly applied to the aqueous dispersion of graphene oxide to desorb water attached to the surface of graphene oxide, and at the same time replace the desorbed water with an amphoteric solvent in excess of water to obtain graphene substituted with an organic solvent. to use oxide.

상기 충격파를 제공하는 방법은 물리적 에너지 인가법에 따른다. A method of providing the shock wave is based on a physical energy application method.

상기 물리적 에너지 인가법은 마이크로 공동법(micro cavity 폭발 유도), 초음파 인가법, 분자단위 전단력 인가법(미세 노즐로 고압 토출시키는 고압 분출법, 고속 호모제나이저 등), 초고속 블레이딩, 초고속 스터링(stirring), 비즈볼(beads ball) 스터링(미세 비즈볼을 넣고 같이 스터링하는 방법), 고압분출법(미세틈으로 압착/분출하는 방법), 고속 호모제나이저법 등이 있다.The physical energy application method is a micro cavity explosion induction method, an ultrasonic application method, a molecular unit shear force application method (high pressure jetting method in which high pressure is discharged with a fine nozzle, high speed homogenizer, etc.), ultra high speed blading, ultra high speed stirring ( stirring), beads ball stirring (a method of inserting fine bead balls and stirring them together), a high-pressure ejection method (compression/ejection method with fine gaps), and a high-speed homogenizer method.

상기 양쪽성 용매는 물과 섞이는 양쪽성 성질을 가지는 용매로서 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA), 부탄올, 아세톤, NMP(1-메틸-2-파이롤리디논), 글리콜, TEG(테트라에틸렌글리콜), 다이옥산, 테트라하이드로퓨란(THF) 등이 있다.The ampholytic solvent is a solvent having an amphoteric property that is miscible with water, and methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), butanol, acetone, NMP (1-methyl-2-pyrrolidinone), glycol, TEG (tetraethylene glycol) ), dioxane, and tetrahydrofuran (THF).

본 발명의 분산용매인 유기 용제로는 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA), 부틸알코올, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide, DMF), N-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone, NMP), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 디클로로메탄 등을 들 수 있는데 후술하는 폴리우레탄 바인더와의 혼합성을 고려하여 디메틸포름아미드가 좀 더 바람직하다. Examples of organic solvents that are dispersing solvents of the present invention include acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), butyl alcohol, ethylene glycol, polyethylene glycol, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl formamide, DMF), N-Methylpyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF), toluene, benzene, xylene, dichloromethane, etc. Considering this, dimethylformamide is more preferable.

본 발명의 코팅액 조성물에서 바인더는 혼합되는 성분들을 결합시켜 주는 역할을 한다. In the coating composition of the present invention, the binder serves to bind the components to be mixed.

바인더로서 아크릴계열은 열경화시 딱딱한 정도가 심하고 세탁을 할 경우 물에 불어 떨어질 염료가 있으므로 본 발명은 바인더로서 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 또한, 폴리우레탄 수지는 투명성과 그래핀 소재와의 접착력이 우수하므로 본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있다.As a binder, since acrylics are hard when cured by heat and have dyes that may blow into water when washed, polyurethane can be used as a binder in the present invention. In addition, polyurethane resin can be preferably used in the present invention because it has excellent transparency and adhesion to graphene materials.

폴리우레탄 수지 제조시 폴리올(polyol)로서 폴리에스테르 디올(polyester diol)을 사용하면 섬유원단 코팅시 섬유 표면과의 접착력이 우수하며 가격이 저렴한 장점이 있다. When polyester diol is used as a polyol in the production of polyurethane resin, it has excellent adhesion to the fiber surface and is inexpensive when coating fabric fabric.

폴리우레탄 수지 제조시 폴리올(polyol)로서 폴리카보네이트 디올(polycarbonate diol)을 사용하면 기계적 물성과 내구성을 향상시킬 수 있으며, 폴리테트라메틸렌 글리콜(poly tetramethylene glycol)을 사용하면 내가수분해성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In the production of polyurethane resin, using polycarbonate diol as a polyol can improve mechanical properties and durability, and using poly tetramethylene glycol can improve hydrolysis resistance. There are advantages.

폴리우레탄 수지 제조시 이소시아네이트(isocyanate)로서 지방족 계열의 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate) 또는 사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(cyclohexylmethane diisocyanate)를 사용하면 최종적으로 섬유원단에 코팅하여 코팅 후 자외선에 의한 변색이 발생되지 않는 장점이 있다.When producing polyurethane resin, if aliphatic isophorone diisocyanate or cyclohexylmethane diisocyanate is used as isocyanate, it is finally coated on the textile fabric so that discoloration by ultraviolet rays does not occur after coating. There are advantages to not

그런데 폴리카보네이트계 폴리우레탄은 감촉이 딱딱해지는 문제가 있다. However, polycarbonate-based polyurethane has a problem in that the texture becomes hard.

이를 해결하기 위해 본 발명의 폴리우레탄은 공중합 폴리카보네이트 디올, 폴리카보네이트 디올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 연장제를 포함하여 제조된 것을 좀 더 바람직하게 사용할 수 있다. To solve this problem, the polyurethane of the present invention may more preferably be prepared by including a copolymerized polycarbonate diol, a polycarbonate diol, an organic diisocyanate, and a chain extender.

상기 공중합 폴리카보네이트 디올은 탄소수가 3 내지 5인 알칸디올에서 유래하는 구조 단위와, 탄소수 8 내지 12의 알칸디올에서 유래하는 구조 단위를 포함하여 제조될 수 있다. 또한, 결정성으로서 JIS K7121-1987에 규정된 융점 측정 방법에 의해 구해지는 융해열량(ΔH)이 40 내지 100J/g인 공중합 폴리카보네이트디올이다.The copolymerized polycarbonate diol may include a structural unit derived from an alkanediol having 3 to 5 carbon atoms and a structural unit derived from an alkanediol having 8 to 12 carbon atoms. In addition, it is a copolymerized polycarbonate diol having a heat of fusion (ΔH) of 40 to 100 J/g as determined by the melting point measurement method specified in JIS K7121-1987 as crystallinity.

상기 탄소수가 3 내지 5인 알칸디올은 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올 및 1,5-펜탄디올 중에서 선택되며, 바람직하게는, 1,4-부탄디올이다. The alkanediol having 3 to 5 carbon atoms is selected from among 1,3-propanediol, 1,4-butanediol and 1,5-pentanediol, and is preferably 1,4-butanediol.

상기 탄소수 8 내지 12의 알칸디올은 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 및 1,12-도데칸디올 중에서 선택되며, 바람직하게는 1,10-데칸디올이다.The alkanediol having 8 to 12 carbon atoms is selected from 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol and 1,12-dodecanediol, preferably 1,10-decanediol.

공중합 폴리카보네이트 디올은 예를들면, 1,10-데칸디올/1,4-부탄디올(몰%비: 81/19) 공중합 폴리카보네이트디올 등을 들 수 있다. Copolymerization polycarbonate diols include, for example, 1,10-decanediol/1,4-butanediol (mol% ratio: 81/19) copolymerization polycarbonate diol.

상기 폴리카보네이트 디올은 탄소수 4 내지 6의 알칸디올에서 유래하는 구조 단위를 포함하고, 상기에서 규정되는 융해열량(ΔH)이 0J/g인 비결정성 폴리카보네이트디올이다.The polycarbonate diol is an amorphous polycarbonate diol containing a structural unit derived from an alkane diol having 4 to 6 carbon atoms and having a heat of fusion (ΔH) defined above of 0 J/g.

상기 탄소수 4 내지 6의 알칸디올은 1,6-헥산디올 또는 3-메틸-1,5 펜탄디올이며 이들의 혼합물도 사용할 수 있다. The alkanediol having 4 to 6 carbon atoms is 1,6-hexanediol or 3-methyl-1,5 pentanediol, and a mixture thereof may also be used.

본 발명의 폴리카보네이트디올은 비정질성이며, JIS K7121-1987에 규정된 시차 주사 열량계에 의한 융점 측정 방법에 의한 융점 측정 방법에서 융해 피크가 관찰되지 않는 것으로 확인할 수 있다. 폴리카보네이트디올이 결정성이면 섬유원단에서 감촉을 손상시킬 수 있다.It can be confirmed that the polycarbonate diol of the present invention is amorphous, and no melting peak is observed in the melting point measuring method using a differential scanning calorimeter specified in JIS K7121-1987. If the polycarbonate diol is crystalline, it may damage the texture of textile fabrics.

폴리카보네이트 디올은 예를 들면, 1,6-헥산디올 폴리카보네이트디올 등을 들 수 있다. As for polycarbonate diol, 1, 6- hexanediol polycarbonate diol etc. are mentioned, for example.

본 발명의 공중합 폴리카보네이트디올은 그 함량이 전체 디올에서 50~80 중량%인 것이 결정성과 비결정성의 조합 비율에 의해 내구성과 감촉을 균형있게 나타낼 수 있어 바람직하다. The content of the copolymerized polycarbonate diol of the present invention is preferably 50 to 80% by weight based on the total diol because durability and texture can be exhibited in a balanced manner due to the combination ratio of crystallinity and non-crystallinity.

이때 50 중량% 미만이면 내구성과 내마모성이 저하하고 80 중량%를 초과하면 감촉이 나빠져 바람직하지 못하다. At this time, if it is less than 50% by weight, durability and abrasion resistance are lowered, and if it exceeds 80% by weight, the touch is deteriorated, which is not preferable.

공중합 폴리카보네이트디올 및 폴리카보네이트디올의 제조 방법으로서는, 예를 들어, 디페닐카보네이트나 디메틸카보네이트 등의 탄산에스테르와 디올의 트랜스에스테르화 방법을 들 수 있다.Examples of the method for producing copolymerized polycarbonate diols and polycarbonate diols include transesterification of diols with carbonate esters such as diphenyl carbonate and dimethyl carbonate.

유기 디이소시아네이트는, 탄소수(NCO기 중의 탄소를 제외) 6 내지 20의 방향족 디이소시아네이트, 탄소수 2 내지 18의 지방족 디이소시아네이트, 탄소수 4 내지 15의 지환식 디이소시아네이트, 탄소수 8 내지 15의 방향지방족 디이소시아네이트, 이들 디이소시아네이트의 변성체(카르보 디이미드 변성체, 우레탄 변성체, 우레트디온 변성체 등) 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등이 포함된다.Organic diisocyanates include aromatic diisocyanates having 6 to 20 carbon atoms (excluding carbon in NCO groups), aliphatic diisocyanates having 2 to 18 carbon atoms, alicyclic diisocyanates having 4 to 15 carbon atoms, and aromatic aliphatic diisocyanates having 8 to 15 carbon atoms. , modified products of these diisocyanates (modified carbodiimide, modified urethane, modified uretdione, etc.), mixtures of two or more of these, and the like are included.

쇄 연장제는 예를 들면 물, 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 4,4'-디아미노디페닐메탄 및 이들의 2종 이상의 혼합물로부터 선택된다.The chain extender is selected from, for example, water, ethylene glycol, 1,4-butanediol, 4,4'-diaminodiphenylmethane, and mixtures of two or more thereof.

폴리우레탄 수지의 제조에 사용되는 유기 용매로서는, 예를 들어, 아미드계 용매[N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등]; 술폭시드계 용매[디메틸 술폭시드(DMSO) 등]: 케톤계 용매(메틸에틸케톤 등); 에테르계 용매(디옥산, THF 등); 에스테르계 용매(아세트산메틸, 아세트산에틸 및 아세트산 부틸 등); 방향족계 용매(톨루엔, 크실렌 등) 등 및 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 유기 용매는 아미드계 용매이며, 특히 바람직한 유기 용매는 DMF이다.Examples of organic solvents used for production of polyurethane resins include amide solvents [N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, etc.]; Sulfoxide solvents [such as dimethyl sulfoxide (DMSO)]: ketone solvents (such as methyl ethyl ketone); etheric solvents (dioxane, THF, etc.); ester solvents (such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate); Aromatic solvents (toluene, xylene, etc.), etc., and mixtures of 2 or more types of these are mentioned. Among these, a preferred organic solvent is an amide-based solvent, and a particularly preferred organic solvent is DMF.

폴리우레탄 수지의 수 평균 분자량은, 수지 강도의 관점에서 30,000 이상인 것이 바람직하고, 점도 안정성과 작업성의 관점에서 150,000 이하인 것이 바람직하다. The number average molecular weight of the polyurethane resin is preferably 30,000 or more from the viewpoint of resin strength, and preferably 150,000 or less from the viewpoint of viscosity stability and workability.

본 발명에 사용되는 폴리우레탄 수지는 공중합 폴리카보네이트디올, 폴리카보네이트디올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 연장제를 동시에 반응시키는 원샷법이나, 우레탄 예비 중합체를 얻은 후 추가로 쇄 연장제를 반응시키는 방법 등으로 제조할 수 있다. The polyurethane resin used in the present invention is obtained by a one-shot method in which copolymerized polycarbonate diol, polycarbonate diol, organic diisocyanate, and chain extender are simultaneously reacted, or a method in which a chain extender is additionally reacted after obtaining a urethane prepolymer. can be manufactured

본 발명의 그래핀-수지 함유 코팅액은, 그래핀 산화물, 폴리우레탄 및 유기 용매를 포함하여 이루어진 조성물을 통상의 방법으로 균일하게 혼합하여 제조될 수 있다. The graphene-resin-containing coating solution of the present invention can be prepared by uniformly mixing a composition comprising graphene oxide, polyurethane, and an organic solvent by a conventional method.

이때 상기 그래핀 산화물은 상기 폴리우레탄 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부인 것이 바람직한데, 1 중량부 미만이면 그래핀에 의한 기능적 특성(예를 들면 항균성)을 나타내기 어렵고 10 중량부를 초과하면 그래핀의 분산이 어려워질 수 있다. At this time, it is preferable that the graphene oxide is 1 to 10 parts by weight compared to 100 parts by weight of the polyurethane. If it is less than 1 part by weight, it is difficult to exhibit functional properties (eg, antimicrobial properties) by graphene, and if it exceeds 10 parts by weight, graphene distribution can be difficult.

또한 본 발명의 비수계 용매로 치환된 그래핀 산화물 분산액과 폴리우레탄을 분산용매인 유기 용제로 분산시키므로 혼합이 용이하여 그래핀의 분산이 균일하게 이루어질 수 있다. In addition, since the graphene oxide dispersion of the present invention substituted with a non-aqueous solvent and polyurethane are dispersed in an organic solvent as a dispersion solvent, mixing is easy and graphene can be uniformly dispersed.

본 발명의 그래핀-수지 함유 코팅액은 점도가 1,000 ~ 10,000 cps인 것이 그라비아, 오프셋, 키스바, 나이프, 메이어바, 코마법, 롤 코팅법을 이용하여 섬유원단에 도포할 수 있어 바람직하다. The graphene-resin-containing coating solution of the present invention preferably has a viscosity of 1,000 to 10,000 cps because it can be applied to textile fabrics using gravure, offset, kiss bar, knife, meyer bar, combing, and roll coating methods.

본 발명에서는 나이프 코팅을 하는 것이 그래핀을 편평하게 배열 시킬 수 있어 좀 더 바람직하다. In the present invention, knife coating is more preferable because graphene can be arranged flat.

본 발명에서는 코팅액을 도포하여 5~30g/㎡의 코팅층을 형성하고, 140~160℃로 1~3분 동안 건조시키고, 150~200℃로 1~5분 셋팅시켜 경화시키고 경화된 섬유원단을 50~100℃로 가열된 롤 사이를 통과시키는 카렌더(Calender) 가공으로 다듬질 효과를 부여하는 평활화하는 것을 더 실시하여 제조할 수 있다. In the present invention, the coating liquid is applied to form a coating layer of 5 to 30 g / m 2, dried at 140 to 160 ° C for 1 to 3 minutes, set at 150 to 200 ° C for 1 to 5 minutes to harden, and the cured fiber fabric is 50 It can be manufactured by further performing smoothing to give a finishing effect by calendering by passing between rolls heated to ~ 100 ° C.

본 발명의 그래핀이 코팅된 섬유원단은 그래핀에 의해 항균효과를 나타내고 그래핀이 섬유원단에 균일하고 강하게 부착되어 내세탁성이 향상되어 항균효과가 지속적으로 유지될 수 있다. The graphene-coated textile fabric of the present invention exhibits an antibacterial effect by graphene, and since the graphene is uniformly and strongly attached to the textile fabric, washing resistance is improved, so that the antibacterial effect can be continuously maintained.

이로 인해 침구류, 의류에 적용이 가능하며 생활용품 제조의 다양한 분야에 적용이 가능하다. As a result, it can be applied to bedding and clothing, and can be applied to various fields of household goods manufacturing.

이하, 본 발명을 하기의 실시예와 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following Examples and Comparative Examples.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.However, the following examples are only for exemplifying the present invention, and the present invention is not limited by the following examples, and can be substituted and replaced by other equivalent examples without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those skilled in the art to which the present invention belongs.

[실시예 1][Example 1]

그래핀 산화물의 수 분산액을 원심분리하여 상층액의 물을 따라내고 침전된 농축 그래핀 산화물 슬러리에 이들 부피의 5배가 되도록 이소프로필알코올을 넣고 초음파 충격을 20분 동안 가하여 남아있는 물과 이소프로필알코올이 충분히 혼합되게 한 다음에 다시 원심분리하여 상층액을 버리고 하부의 농축 그래핀 산화물 슬러리를 얻었다. The aqueous dispersion of graphene oxide was centrifuged to remove water from the supernatant, and isopropyl alcohol was added to the precipitated concentrated graphene oxide slurry so that its volume was 5 times greater, and ultrasonic shock was applied for 20 minutes to remove the remaining water and isopropyl alcohol. After sufficiently mixing, the mixture was centrifuged again, and the supernatant was discarded to obtain a concentrated graphene oxide slurry at the bottom.

하부의 농축 침전물에 이소프로필알코올을 투입하고 초음파 충격을 20분 동안 가하고 원심분리하여 상층액을 버리고 하부의 농축 그래핀 산화물 슬러리를 얻는 공정을 2회 더 반복하여 그래핀 산화물에 붙어 있는 물이 제거되고 이소프로필알코올로 치환되어 이소프로필알코올이 함유된 그래핀 산화물 농축 슬러리를 제조하였다. Inject isopropyl alcohol into the concentrated precipitate at the bottom, apply ultrasonic shock for 20 minutes, centrifuge to discard the supernatant, and repeat the process of obtaining a concentrated graphene oxide slurry at the bottom twice more to remove water attached to the graphene oxide. and substituted with isopropyl alcohol to prepare a graphene oxide concentrated slurry containing isopropyl alcohol.

상기 이소프로필알코올이 함유된 그래핀 산화물 슬러리에 이들 부피의 5배가 되도록 디메틸포름아미드를 넣고 초음파 충격을 20분 동안 가하여 남아있는 이소프로필알코올과 디메틸포름아미드가 충분히 혼합되게 하고 다시 원심분리하여 상층액을 버리고 하부의 농축 침전물을 얻는 공정을 3회 반복하여 이소프로필알코올이 제거되고 디메틸포름아미드로 치환되어 디메틸포름아미드가 함유된 그래핀 산화물 농축 슬러리를 제조하였다. Dimethylformamide was added to the isopropyl alcohol-containing graphene oxide slurry to 5 times its volume, and ultrasonic shock was applied for 20 minutes so that the remaining isopropyl alcohol and dimethylformamide were sufficiently mixed, and centrifuged again to obtain the supernatant. was discarded and the process of obtaining the concentrated precipitate at the bottom was repeated three times to remove isopropyl alcohol and substituted with dimethylformamide to prepare a graphene oxide concentrated slurry containing dimethylformamide.

폴리우레탄 수지 바인더와 폴리우레탄 수지 바인더 100 중량부 대비 순수 그래핀 산화물이 2 중량부가 되도록 상기 디메틸포름아미드가 함유된 그래핀 산화물 슬러리를 혼합하고 디메틸포름아미드를 가하여 믹서에서 혼합하여 점도 2,000cps의 코팅 조성액을 제조하였다.The polyurethane resin binder and the graphene oxide slurry containing dimethylformamide were mixed so that 2 parts by weight of pure graphene oxide were mixed with 100 parts by weight of the polyurethane resin binder, and dimethylformamide was added and mixed in a mixer to obtain a coating having a viscosity of 2,000 cps. A composition solution was prepared.

상기 코팅액을 회색으로 염색된 모달 섬유 원단에 나이프를 이용한 나이프 엣지 코팅 방법으로 나이프와 원단 표면 사이의 간격을 0.05㎜로 유지하여 도포하고 150℃에서 1분간 건조한 다음에 텐터에서 180℃에서 5분간 처리하여 경화시켜 그래핀이 코팅된 섬유원단을 제조하였다. The coating liquid is applied to the gray-dyed modal fiber fabric by the knife edge coating method using a knife, keeping the distance between the knife and the surface of the fabric at 0.05 mm, dried at 150 ° C for 1 minute, and then treated in a tenter at 180 ° C for 5 minutes and cured to prepare a fiber fabric coated with graphene.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서 상기 폴리우레탄으로 하기와 같이 제조된 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 그래핀이 코팅된 섬유원단을 제조하였다. A graphene-coated fiber fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except for using the polyurethane prepared as follows in Example 1.

수 평균 분자량 1,979(수산기가 57.5)의 3-메틸-펜탄디올/1,6-헥산디올(몰%비: 85/15) 공중합 폴리카보네이트디올 200부, BG 12.8부, MDI 67.1부 및 DMF 653부를 투입하고, 건조 질소 분위기 하에서, 70℃의 온도에서 15시간 반응시켜, 수지 농도 30wt%, 점도 82,000mPa·s/20℃의 폴리우레탄 수지의 용액을 제조하였다.200 parts of 3-methyl-pentanediol/1,6-hexanediol (mol% ratio: 85/15) copolymerization polycarbonate diol having a number average molecular weight of 1,979 (hydroxyl value: 57.5), 12.8 parts of BG, 67.1 parts of MDI, and 653 parts of DMF The mixture was introduced and reacted at a temperature of 70°C for 15 hours in a dry nitrogen atmosphere to prepare a polyurethane resin solution having a resin concentration of 30 wt% and a viscosity of 82,000 mPa·s/20°C.

[실시예 3] [Example 3]

상기 실시예 1에서 상기 폴리우레탄으로 하기와 같이 제조된 것을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 그래핀이 코팅된 섬유원단을 제조하였다. A graphene-coated fiber fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except for using the polyurethane prepared as follows in Example 1.

수 평균 분자량 2,018(수산기가 556)의 1,10-데칸디올/1,4-부탄디올(몰%비: 81/19) 공중합 폴리카보네이트디올 120부, 수 평균 분자량 2,000(수산기가 561)의 1,6-헥산디올 폴리카보네이트디올 80부, BG 12.6부, MDI 66.0부 및 DMF 650부를 투입하고, 건조 질소 분위기 하에서, 70℃의 온도에서 15시간 반응시켜, 수지 농도 30wt%, 점도 82,000mPa·s/20℃의 폴리우레탄 수지의 용액을 제조하였다.120 parts of 1,10-decanediol/1,4-butanediol (mol% ratio: 81/19) copolymerized polycarbonate diol with a number average molecular weight of 2,018 (hydroxyl value: 556), 1 with a number average molecular weight of 2,000 (hydroxyl value: 561), 80 parts of 6-hexanediol polycarbonate diol, 12.6 parts of BG, 66.0 parts of MDI, and 650 parts of DMF were added and reacted at a temperature of 70°C for 15 hours under a dry nitrogen atmosphere to obtain a resin concentration of 30 wt% and a viscosity of 82,000 mPa s/ A solution of polyurethane resin at 20° C. was prepared.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

그래핀 산화물의 수분산액을 원심분리하여 상층액의 물을 따라내고 침전된 농축 그래핀 산화물 슬러리를 제조하였다. The aqueous dispersion of graphene oxide was centrifuged to remove water from the supernatant to prepare a precipitated concentrated graphene oxide slurry.

폴리우레탄 수지 바인더와 폴리우레탄 수지 바인더 100 중량부 대비 순수 그래핀 산화물이 2 중량부가 되도록 상기 농축 그래핀 산화물 슬러리를 혼합하고 디메틸포름아미드를 가하여 믹서에서 혼합하여 점도 2,000cps의 코팅 조성액을 제조하였다.A coating composition having a viscosity of 2,000 cps was prepared by mixing the concentrated graphene oxide slurry so that the polyurethane resin binder and 100 parts by weight of the polyurethane resin binder were 2 parts by weight of pure graphene oxide, and dimethylformamide was added and mixed in a mixer.

이후는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 그래핀이 코팅된 섬유원단을 제조하였다. After that, a fiber fabric coated with graphene was prepared using the same method as in Example 1.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 그래핀이 코팅된 섬유원단에 대하여 외관(얼룩의 생성 정도), 항균성, 촉감을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Appearance (staining degree), antibacterial property, and touch were evaluated for the graphene-coated fiber fabrics prepared in the above Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 1 below.

상기 항균성은 KS K 0693:2011 시험법에 의거하여, 공시균주로서 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)을 사용하고, 제조 직후와 30회 세탁 후의 항균도를 평가하였다. According to the KS K 0693:2011 test method for the antibacterial property, Staphylococcus aureus (ATCC 6538) was used as a test strain, and the antibacterial level was evaluated immediately after preparation and after washing 30 times.

상기 촉감은 전문가 10명의 관능검사 방법으로 평가한다. 전문가 10명 중 8명 이상이 촉감이 양호하다고 판정하면 "우수"로, 전문가 10명 중 5~7명 이상이 촉감이 양호하다고 판정하면 "보통"으로, 전문가 10명 중 4명이하가 촉감이 양호하다고 판정하면 "불량"으로 구분하였다. The tactile sensation was evaluated by the sensory test method of 10 experts. If more than 8 out of 10 experts judged the tactile sensation to be “excellent”, if 5 to 7 experts out of 10 experts judged the tactile sensation to be good, it was “normal”, and less than 4 out of 10 experts judged the tactile sensation to be good. When judged to be good, it was classified as "defect".

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 외관Exterior 얼룩이 없이 균일한 외관Uniform appearance without stains 얼룩이 없이 균일한 외관Uniform appearance without stains 얼룩이 없이 균일한 외관Uniform appearance without stains 부분적으로 얼룩의 발생이 관찰됨 Partial staining observed 정균감소율-1(%)*Bacteriostatic reduction rate -1 (%)* 99.999.9 99.999.9 99.999.9 98.598.5 정균감소율-2(%)*Bacteriostatic reduction rate -2 (%)* 99.699.6 99.499.4 99.599.5 92.492.4 촉감touch 보통commonly 보통commonly 우수Great 불량error * 정균감소율-1은 원단 제조 직후에 정균감소율-2는 30회 세탁후 측정한 것임 * Bacteriostatic reduction rate-1 is measured immediately after fabric manufacturing, and bacteriostatic reduction rate-2 is measured after washing 30 times

한편, 제조된 원단을 세탁기를 사용하여 30회에 걸쳐 세탁을 한 후, 그래핀의 탈리 여부 및 그래핀을 함유하는 도포층의 손상(크랙 발생 유무)을 육안으로 확인한 결과, 그래핀의 탈리 및 도포층의 손상이 거의 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, after washing the manufactured fabric 30 times using a washing machine, as a result of visually checking whether or not graphene is detached and damage to the coating layer containing graphene (whether or not cracks occur), as a result of graphene desorption and It was confirmed that the coating layer was hardly damaged.

상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 실시예의 것은 섬유원단의 외관이 얼룩이 없이 균일한 외관을 나타내는 것으로부터 코팅액에서 그래핀의 분산이 균일하게 되었음을 확인할 수 있다. From the results of Table 1, it can be confirmed that the dispersion of graphene in the coating solution is uniform since the appearance of the fiber fabric of the embodiment according to the present invention shows a uniform appearance without stains.

또한 세탁 이후에도 항균성의 변화 정도가 크지 않아 코팅된 섬유원단에서 그래핀이 탈리되지 않고 기능을 발현하는 것이 확인된다. In addition, it is confirmed that the degree of antibacterial change is not great even after washing, and the function is expressed without graphene being detached from the coated fiber fabric.

한편 코팅액에서 결정성과 비결정성이 조합된 폴리카보네이트계 폴리우레탄을 사용하는 경우에 코팅된 섬유원단에서 촉감이 향상되는 것이 확인된다. On the other hand, when using a polycarbonate-based polyurethane in which crystallinity and non-crystallinity are combined in the coating solution, it is confirmed that the tactile feeling of the coated fiber fabric is improved.

Claims (5)

그래핀 산화물 분산액, 폴리우레탄 및 분산용매로서 디메틸포름아미드를 포함하여 이루어진 그래핀-수지 함유 코팅액을 섬유 원단에 코팅하고 열건조하여 이루어지는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법에 있어서,
상기 그래핀 산화물 분산액은,
그래핀 산화물 수 분산액을 농축하여 그래핀 산화물 슬러리를 얻는 제1단계;
상기 그래핀 산화물 슬러리에 이소프로필알코올 용매를 가하여 얻어진 용액에 충격파를 가하는 제2단계;
상기 제2단계 이후에 농축하여 상기 이소프로필알코올 용매 함유 그래핀 산화물 슬러리를 얻는 제3단계; 및
상기 이소프로필알코올 용매 함유 그래핀 산화물 슬러리에 분산용매로서 디메틸포름아미드를 가하고 상기 이소프로필알코올 용매를 제거하여 그래핀 산화물 디메틸포름아미드 분산액을 얻는 제4단계;를 포함하고,
상기 제2단계와 제3단계를 2회 이상 반복하여 제조된 그래핀 산화물 분산액이며,
상기 폴리우레탄은 폴리카보네이트계 폴리우레탄으로서 공중합 폴리카보네이트디올, 폴리카보네이트디올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 연장제를 포함하여 중합된 것이고,
상기 유기 디이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트 또는 사이클로헥실메탄 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법.
In the manufacturing method of graphene-coated textile fabric, which is obtained by coating a graphene-resin containing coating solution comprising a graphene oxide dispersion, polyurethane, and dimethylformamide as a dispersion solvent on a textile fabric and drying it by heat,
The graphene oxide dispersion,
A first step of concentrating the aqueous dispersion of graphene oxide to obtain a graphene oxide slurry;
a second step of applying shock waves to a solution obtained by adding an isopropyl alcohol solvent to the graphene oxide slurry;
A third step of concentrating after the second step to obtain the isopropyl alcohol solvent-containing graphene oxide slurry; and
A fourth step of obtaining a graphene oxide dimethylformamide dispersion by adding dimethylformamide as a dispersion solvent to the isopropyl alcohol solvent-containing graphene oxide slurry and removing the isopropyl alcohol solvent;
A graphene oxide dispersion prepared by repeating the second and third steps two or more times,
The polyurethane is a polycarbonate-based polyurethane, which is polymerized by including a copolymerized polycarbonate diol, a polycarbonate diol, an organic diisocyanate, and a chain extender,
The organic diisocyanate is a method for producing a graphene-coated textile fabric, characterized in that isophorone diisocyanate or cyclohexylmethane diisocyanate.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 상기 공중합 폴리카보네이트디올의 함량이 전체 디올에서 50~80 중량%인 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 섬유원단의 제조방법.
According to claim 1,
The polyurethane is a method for producing a graphene-coated fiber fabric, characterized in that the content of the copolymerized polycarbonate diol is 50 to 80% by weight of the total diol.
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