KR100542506B1 - 4방향 고신축성 폴리우레탄 인공피혁 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 P.V.A. 섬유(fiber)를 함유하여 제조된 부직포를 후가공 처리함으로써, 4 방향으로 신축성을 갖게되는 폴리우레탄 인공피혁 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기존의 부직포 폴리우레탄 인공피혁의 단점인 비신축성을 근원적으로 보완한 제조방법을 제공한다. 본 발명은 부직포 폴리우레탄 인공피혁에 고신축성을 부여함으로써, 종래에 적용하지 못하던 부분에까지 폴리우레탄 인공피혁을 적용할 수 있다.

P.V.A. 섬유, fiber, 부직포, 4방향, 고신축성, 인공피혁

Description

4방향 고신축성 폴리우레탄 인공피혁 및 제조방법{Artificial polyurethane leather having high elasticity in four directions and method for preparing thereof}

도 1은 종래의 습식 폴리우레탄 인공피혁의 단면도이다.

ⓐ : 습식 폴리우레탄 코팅층

ⓑ : 부직포 또는 폴리 우레탄 함침포층

도 2는 종래의 건식형 폴리우레탄 인공피혁의 단면도이다.

ⓒ : 건식 폴리우레탄 코팅층

ⓓ : 습식폴리우레탄 코팅층 또는 건식형 접착제층

ⓔ : 부직포 또는 폴리 우레탄 함침포층

도 3은 종래의 부직포의 단면도이다.

ⓕ : 나일론(Nylon) 섬유(fiber)

ⓖ : 폴리에스테르(Polyester) 섬유(fiber)

도 4는 발명에 따른 고 신축성 부직포의 한 예를 보여주는 단면도이다.

ⓕ : 나일론(Nylon) 섬유(fiber)

ⓖ : 폴리에스테르(Polyester) 섬유(fiber)

ⓗ : P.V.A.(PolyVinyl Alcohol) 섬유(fiber)

도 5는 종래의 인공피혁 신율을 나타낸다.

ⓘ : 장방향 신율 (100∼150％)

ⓙ : 폭방향 신율 (100∼150％)

도 6은 발명에 따른 실시예 중 하나의 인공피혁의 신율을 나타낸다.

ⓚ : 장방향 신율 (100∼400％)

ⓛ : 폭방향 신율 (100∼400％)

ⓜ : 대각선방향 신율 (100∼400％)

본 발명은 P.V.A. 섬유(fiber)를 포함하여 제조된 부직포를 후가공 처리함으로써 제조되는 4방향으로 신축성을 갖는 폴리우레탄 인공피혁 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기존의 부직포 폴리우레탄 인공피혁의 단점인 비신축성을 근원적으로 보완할 수 있는 제조방법을 제공한다. 본 발명은 부직포 폴리우레탄 인공피혁에 고신축성을 부여함으로써, 종래에 적용하지 못하던, 산업 전반적인 부분까지 폴리우레탄 인공피혁을 적용할 수 있다.

천연피혁의 질감 및 기능을 가진 인공피혁을 제조하기 위하여 각 인공피혁 제조의 각 단계별로, 섬유질 기재가 되는 극세섬유에 관한 기술; 섬유질 기재에 피혁 성분을 도포 또는 함침시키는 중합체에 관한 기술; 및 섬유질 기재에 중합체를 도포 또는 함침시키기 전에 행하는 섬유질 기재의 전처리에 관한 기술; 등이 각각 발전되어 왔다.

종래의 폴리우레탄 합성 피혁의 공정 순서를 보면, 습식코팅(Coating)의 경우 "부직포 → 함침 → 습식코팅 → 건조 → 엠보싱 또는 버핑(Embossing or Buffing) → 인쇄(Coloring)"의 공정을 거쳐 제조되며, 습건식 코팅(Coating)의 경우 "부직포 → 함침 → 습식코팅 → 건조 → 건식코팅 → 숙성 → 박리"의 과정을 거치게 된다.

구체적으로 종래 합성피혁의 제조방법은 하기와 같이 나눌 수 있다.

첫째, 전형적인 습식 인공피혁의 제조로서, 직물 및 부직포 원단을 폴리우레탄 수지와 계면활성제, 안료, 디메틸포름아미드 등을 적정비율로 배합한 함침배합액의 함침조에 통과시켜 함침한 후 맹글로 스퀴징하여 일정량의 폴리우레탄 코팅액을 원단속에 침투시킨 다음, 제 1 습식 응고조 속을 통과시켜 용제와 물의 치환으로 원단속 섬유 사이에 폴리우레탄 성분이 잔존하도록 하고, 상기 제조된 함침포 위에 폴리우레탄 코팅액을 도포하고, 제 2 응고조 속에서 함침포위에 도포된 코팅액을 응고시키고, 수세 및 건조시킨 후, 엠보싱, 버핑, 인쇄공정 등의 일련의 후가공을 거쳐 인공피혁제품을 제조하는 방법이 있다.

상기 전형적인 습식 인공피혁 제조공정의 단점은 원단 또는 부직포가 얇고 신축성이 있는 경우에는 제품생산이 불가능하다는 점이다. 왜냐하면, 작업진행 방향으로 신축성이 있게 되면 습식 기계에서는 당겨지는 장력 때문에 폭 방향으로 수축이 일어나고, 이 수축으로 인하여 제품이 말리는 현상이 심하기 때문이다. 또한, 원단 또는 부직포의 신축성은 함침된 폴리우레탄의 비신축성 및 딱딱함으로 인하 여, 투입전의 신축성에 휠씬 못미치게 된다. 이로 인해 상기의 인공피혁 제조방법은 신발용 및 잡화용 제품생산에 많이 이용되어 왔으나, 얇고 부드러움이 강조되는 의류용, 장갑용 및 극세사 인공피혁 제품 또는 두께와 상관없이 신축성이 특성인 여성용 부츠 등의 제품용 인공피혁에는 부적합한 제조방법이었다.

두번째로, 얇고 신축성이 많은 원단 또는 부직포를 사용한 습식 인공피혁의 제조방법으로서, 얇고 신축성이 많은 원단 또는 부직포를 신축성이 거의 없는 직물원단(이하, "지지체"라 한다.) 위에다 습식공정 및 후가공 후 쉽게 박리할 수 있을 정도의 접착력으로 합포하고, 폴리우레탄 코팅액만을 도포하여, 상기의 전형적인 습식 인공피혁 제조공정과 마찬가지로 습식공정을 거쳐서 엠보싱, 인쇄공정이나 건식 가공후, 지지체를 떼어낸 후 인공피혁 제품을 완성하는 방법이 있다.

이와 같은 제조공정으로, 얇고 신축성이 있는 기재를 이용한 습식 인공피혁 제조가 가능해졌지만, 원단(기재)과 지지체간 합포공정의 어려움(합포된 원단이 습식공정 중에 지지체와 박리, 또는 원단과 지지체 간에 필요한 접착력 이상으로 지지체 박리시 제품손상 등) 등으로 불량률이 매우 높게 발생되며, 또한 제품가격이 매우 높게 형성되어 극히 일부에서만사용되고 있는 실정이다.

세번째, 특허 제38626호 또는 제 198190호 등에 따르면, 일정한 박리강도를 갖도록 전처리된 원단 또는 부직포를 사용하여 습식은층을 형성시키고, 습식 응고, 수세, 건조공정을 거쳐 중간제품을 얻은 후, 일련의 후가공(버핑, 엠보싱, 건식가공) 등을 거친 다음, 지지체를 습식은층으로부터 박리시킨 다음, 이렇게 얻어진 습식은층에 건식공정 즉, 접착제를 사용하여 스프리트레쟈나 원하는 원단을 붙여 최 종의 인공피혁제품을 만드는 제조공정이 소개되어 있다.

그러나 이 제조공정 또한 일정한 박리강도를 갖게 하기 위해서는 까다로운 전처리 공정이 불가피하며, 지지체로부터 습식은층을 박리하기 위해선 일정한 물리적 성질(인장강도, 신율, 인열강도 등)이 필요한데, 이는 일정한 두께 이상의 습식은층 필름을 형성시켜 쉽게 끊기지 않거나, 신축성이 없어야만 가능하다. 또 무늬 형성이 안된 습식 중간제품이므로 후가공을 필수적으로 거쳐야 완제품을 만들 수 있을 뿐 아니라, 인공피혁제품으로 사용하려면 원단 또는 부직포층을 포함하는게 필연적인데, 이를 위해선 접착제를 사용하여 기재와 중간제품인 습식은층을 접착시키는 공정을 포함해야 하는 등, 매우 많은 공정을 필요로 하는 문제점이 있다. 그리고 이러한 제조방법으로서도, 얇고 부드러운 의류용 인공피혁과 여성용 부츠용과 같은 신축성이 요구되는 제품생산은 거의 불가능하다. 왜냐하면 상기 제조 공정상 습식은층 제품이 두꺼울 수밖에 없고, 또 접착제 사용으로 인하여 신축성 부족은 물론 제품 품질이 딱딱해질 수밖에 없기 때문이다.

종래 부직포의 제조방법을 보면, 나일론 및 폴리에스테르 섬유 등을 혼합기에서 섬유성분을 균일 분산시키고, 이송 장치를 이용하여 균일 분산된 섬유 성분을 카딩기(Card Machine)에서 빗질(Carding)하여 웹(Web)을 제조하고, 이를 적당한 중량이 되게 크로스레핑(Cross Lapping) 후 니들펀칭기(Needle punching Machine)에서 침밀도 1,100∼1,500회/cm² 정도로 니들펀칭(Needle punching)하여 웹(Web)을 결속시키면 부직포가 제조된다. 제조된 부직포는 카렌딩 공정, 열수축 공정등을 거쳐 최종적인 부직포 제품이 된다.

폴리우레탄 인공피혁 제조의 종래 기술 구성을 보면, 제 1 도는 종래의 습식형 폴리우레탄 인공피혁의 단면도이다. 원단(부직포, 직물, 편물 등)을 폴리우레탄 배합액으로 함침(Dipping)하거나, 원단(부직포,직물,편물등)위에 코팅용 폴리우레탄 배합액을 적당량 도포하여, 응고(Coagulation), 수세, 건조, 엠보싱 (Embossing) 또는 버핑(Buffing)공정을 거처 습식형 폴리 우레탄 인공 피혁을 생산하게 된다.

제 2 도는 건식형 폴리우레탄 인공 피혁의 단면도이다. 이형지(Release- Paper)위에 건식 피막용 폴리우레탄 배합액을 도포하고 건조한 후 접착용 폴리우레탄 배합액을 도포하여 원단 또는 습식형 폴리우레탄 반제품을 접착 후, 이형지와 박리하여 건식형 폴리우레탄 인공피혁을 생산하게 된다.

이렇게 생산된 습식형 또는 건식형 폴리우레탄 인공 피혁은 몰딩(Molding) 및 재단 공정을 거쳐서 신발 완제품을 생산하거나, 신율이 아주 우수한 직물원단을 자재로 사용한 폴리우레탄 인공피혁의 경우는 폼(Foam)을 주사하는 방식으로 신발등에 적용되어 완제화 하게 된다.

이러한 종래의 부직포를 이용한 폴리우레탄 인공피혁 제품의 경우는 신축성이 없기 때문에, 비신축성 신발자제 이외의 다양한 패턴(Pattern)에 적용이 불가능하였다.

이에 본 발명자들은 부직포를 이용한 폴리우레탄 인공피혁 제품이지만, 신축성이 우수한 인공피혁을 제조하기 위하여 연구하였다.

그 결과, P.V.A. 원사를 포함한 부직포를 후가공 처리하여 4방향으로 신축성을 갖는 폴리우레탄 인공피혁을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 4방향으로 신축성을 갖는 폴리우레탄 인공피혁을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 4방향으로 신축성을 갖는 폴리우레탄 인공피혁을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 기존의 부직포 폴리우레탄 인공피혁의 단점인 비신축성을 근원적으로 보완한 제조방법 및 그러한 방법에 의하여 제조된 인공피혁을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에서는 부직포 폴리우레탄 인공피혁에 고신축성을 부여함으로써, 산업 전반적인 부분까지 폴리우레탄 인공피혁을 적용할 수 방법을 제공한다.

본 발명은 P.V.A.(PolyVinyl Alcohol) 섬유(fiber), 나일론, 폴리에스터 섬유를 이용하여 제조된 부직포에 폴리우레탄 처리를 하고, 길이방향 및 폭방향 수축처리를 한 후, P.V.A.를 추출·제거하여 제조된 인공피혁을 제공한다. 종래 인공피혁과 달리 부직포 제조시 P.V.A. 섬유를 함유하여 부직포를 제조한 후, 여기에 폴리우레탄 수지를 함침시킨 후, 일정량의 P.V.A.를 추출하여 제거함으로써 본 발명에 따른 인공피혁이 제조된다.

P.V.A. 섬유를 포함하는 부직포를 제조한 후, 부직포를 수축 및 고정시킨 후, 폴리우레탄을 처리하여 코팅 및 함침하고, 신축성을 향상시키기 위하여 길이방향 수축, 폭방향 수축 및 건조 등의 별도의 처리 과정을 거침으로써 신축성이 향상 되어 4방향의 신축성을 가진 인공피혁을 제조할 수 있게된다.

본 발명은 P.V.A.(PolyVinyl Alcohol) 섬유(fiber), 나일론 및 폴리에스터 섬유를 이용한 니들펀칭부직포에 폴리우레탄을 도포하는 단계; 상기 폴리우레탄 처리된 부직포를 습식코팅 및 함침하는 단계; 상기 습식코팅 반제품을 길이방향 및 폭방향 수축처리를 하는 단계; 및 상기 수축처리된 습식코팅 반제품에서 P.V.A.를 추출하여 제거하는 단계;를 포함하는 인공피혁의 제조방법을 제공한다.

상기 부직포에 폴리우레탄을 처리(도포)하는 공정은 일반적인 습식형 폴리우레탄 인공피혁 생산에서는 사용하지 않는 공정이다. 상기 폴리우레탄을 처리하는 공정은 물을 이용하지 않고, 폴리우레탄을 열풍으로 건조시킨다. 폴리우레탄의 도포는 1회 실시할 수도 있으며 그 이상 실시할 수도 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 처리된 부직포를 습식코팅 및 함침하는 단계도 일반적인 습식형 폴리우레탄 인공피혁 생산에서는 적용되지 않는 방법이다. 일반적인 습식형 폴리우레탄 인공피혁 생산에서는 부직포에 함침을 진행하고, 코팅용 폴리우레탄 배합액을 도포하게 된다.

상기 습식코팅된 반제품을 길이방향 및 폭방향 수축처리하는 공정은 완제품의 신축성을 향상시키기 위한 공정이다.

상기와 같이 발명에 이용된 공정에 대하여는 하기에서 상세히 설명한다.

상기 인공피혁에 있어서, 전체 부직포의 중량에 대하여, 상기 P.V.A. 섬유는 15∼100 중량％, 나일론은 0∼85 중량％, 폴리에스터 섬유는 0∼30 중향％를 함유 할 수 있다. 상기 함량은 부직포를 제조한 후, 신축성을 갖는 인공피혁을 제조하기 위한 함량이다. 상기에서 P.V.A. 섬유는 100 중량％라는 것은 순수하게 P.V.A. 섬유로만 이루어진 부직포를 의민한다.

한편, 인공피혁을 제조하기 위하여 상기 부직포에서 추출되는 P.V.A.의 양은 부직포에 최초 함유된 P.V.A. 양의 90∼100 중량％인 것이 바람직하다. 추출되는 P.V.A.의 양이 90％ 미만일 경우 완제품이 딱딱해지고, 신축성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 상기 부직포에서 PVA를 추출하는 단계는 물에서 실시되는 것이 바람직한데, P.V.A.의 추출 온도는 P.V.A.섬유의 종류에 따라 다르게 조절 가능하다. 바람직하게는 25℃∼100℃의 온도범위가 적당하다.

본 발명에 의한 인공피혁의 제조방법은, 바람직하게는,

P.V.A.(PolyVinyl Alcohol) 섬유(fiber), 나일론 및 폴리에스터 섬유를 이용한 니들펀칭부직포에 폴리우레탄을 도포하는 단계;

상기 폴리우레탄 처리된 부직포를 습식코팅 및 함침하는 단계;

상기 습식코팅 반제품을 길이방향 및 폭방향 수축처리를 하는 단계;

및 상기 수축처리된 습식코팅 반제품에서 P.V.A.를 추출하여 제거하는 단계;

를 포함한다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

폴리우레탄 인공피혁에 고신축성의 기능성을 부여하기 위해서는, 부직포를 구성하고 있는 성분의 변화와 함께 폴리우레탄을 코팅(Coating)하는 공정상의 특수가공이 동시에 필요하다.

즉, 종래의 부직포는 Nylon과 Polyester가 혼합되어 있으며, 이 부직포는 섬유(fiber)의 신축성이 없으며, 이를 이용하여 폴리우레탄 인공피혁을 제조하여도 고신축의 기능성이 부여되기 어렵다. 그러나, 본 발명에 적용되는 P.V.A. 섬유는 자체적인 신축성은 없지만, P.V.A. fiber의 고유한 특성을 이용하여 폴리우레탄 인공피혁을 제조하면 고신축의 기능성이 부여될 수 있다.

P.V.A. 섬유(fiber)는 수분이 없는 상태에서는 고체이며, 부직포 상태에서 딱딱한 상태이다.

반면, 수분이 있는 상태에서는 그 특성이 달라진다. 수분이 있는 상태에서 중저온일 경우 일정온도 이하에서는 물에 의해서 녹지 않아 P.V.A. 성분이 추출되지 않고, 부직포 상태에서 일정 온도를 유지하면 수축성이 생긴다. 또한, 고체의 성질을 유지하면서, 외부적인 힘에 의하여 늘어나는 특성이 있다. 고온일 경우 물에 녹기 때문에 P.V.A. 성분을 완전 추출할 수 있다. 즉, 일정 온도 이상에서 가공처리하면 액상 P.V.A.를 추출 할 수 있다. 한편, 중저온의 물에서는 부드러워지고, 고온의 물에서는 녹는 현상이 있지만, 용제(DMF 또는 MEK 등)에서는 녹지 않는다. 따라서, P.V.A.섬유는 용제처리를 하더라도, 섬유형태를 그대로 유지하는 특성이 있다.

본 발명의 고신축성 폴리우레탄 인공피혁은 "부직포 → 부직포 형태 안정화 공정 → 코팅 및 함침 공정 → 습식반제품 종횡방향 수축 공정 → P.V.A.추출가공 → 엠보싱(Embossing) 또는 버핑(Buffing) 및 건식코팅 → 인쇄"의 공정을 거친다.

상기 제조 공정에서 알 수 있듯이, 4방향 고신축성 폴리우레탄 인공피혁을 제조하기 위해서는 종래의 폴리우레탄 인공피혁 제조 공정과 상이한 가공 공정이 필요하다. 또한, 일반적인 습식폴리우레탄 인공피혁 가공상의 코팅하는 순서가 다르다. 즉, 종래 공정에서는 함침 후 코팅이 일반적이지만, 본 발명에서는 부직포 형태 안정화 공정 → 코팅 및 함침(코팅후에 함침공정을 진행함)의 공정을 거친다.

본 발명에 따른 P.V.A. 섬유(fiber) 부직포의 경우는 물에 의한 형태 변화가 일어나기 때문에, 종래의 습식 가공법으로는 생산을 할 수가 없다. 왜냐하면, P.V.A. 섬유(fiber)는 일정온도의 물속에서 외부의 힘(습식가공시 설비 장력)이 가해지면 길이방향으로 쉽게 늘어나는 특성이 있기 때문에 종래의 공정(함침 → 코팅)으로는 부직포상태의 수축된 고유의 형태를 유지 할 수 없기 때문이다. 즉, 습식코팅 가공 공정중에 수축된 부직포가 길이방향으로 장력을 받으면 부직포의 고유특성(부직포 상태의 수축성 : 형태안정성)을 잃고, 수축된 부직포가 늘어나게 되면 완제품의 신축성이 없어진다. 이러한 이유로 종래의 습식 코팅 방법과 다른 특수가공 및 공정순서로 발명의 인공피혁을 생산하게 된다.

본 발명에 의한 인공피혁의 제조방법을 설명한다.

[부직포의 제조]

본 발명에 의한 부직포는 종래의 Nylon 및 Polyester Staple Fiber를 함유하는 부직포에 P.V.A. 섬유(fiber)를 더 포함한다. P.V.A. 섬유(fiber)는 부직포 전체 중량에 대하여 15∼100중량％까지 함유될 수 있다.

상기 구성 성분으로 종래의 부직포와 동일한 방법으로 부직포를 생산한다. 이어, 생산된 부직포를 중저온(P.V.A.섬유의 거동온도; 50∼90℃정도)의 물속에서 수축시킨다. 종래의 부직포의 물수축 비율은 대략 면적대비 1∼50％ 수준이지만, 발명의 부직포의 물수축 비율은 1∼400％까지 조절 가능하다. 상기 물수축 비율의 정도는 P.V.A. 섬유(fiber)의 구성비율과 물 온도를 조절함으로써 조절 가능하다.

상기 물수축된 부직포를 상온 또는 저온(40℃ 이하의 온도)의 물속에서 P.V.A.성분이 움직이지 못하도록 가공 처리한다. 즉, 물수축된 부직포의 수축상태를 저온의 물속에서 P.V.A.특성(저온의 물속에서 딱딱해짐)을 이용하여 고정시키는 것이다.

상기 수축 상태가 고정된 부직포를 열풍 건조시키고, 건조된 부직포를 히팅롤러(Heating Roller)로 가공처리하여, 부직포상태의 두께를 맞춘다.

상기 P.V.A. 섬유(fiber)를 사용함으로써 하기와 같은 장점이 있다.

종래의 부직포보다 부직포 상태의 수축을 많이 시킬 수 있다. 이와 같이, 고수축을 실현함으로써, 폴리우레탄 인공피혁 제조 후의 고신율 획득이 가능하다. 또한, 부직포 수축 후에 P.V.A. 성분을 추출시킬 수 있다. 수축된 부직포 상태에서 인공피혁을 제조하고, P.V.A.를 추출하여야 인공피혁 고유의 부드러움 및 주름을 유지 할 수 있고 신축성 부여할 수 있기 때문에 이러한 특성은 매우 중요한 특성이 다. 상기 추출된 P.V.A. 성분이 추출된 공극 만큼의 고신율 획득이 가능하다.

제 3 도는 종래의 부직포 단면도이며, 제 4 도는 발명의 부직포 단면도이다.

[부직포 형태 안정화 공정]

부직포 제조 후, 습식코팅 이전 공정에서 부직포를 가공하는 것인데, 이는 길이방향과 폭방향으로 물수축된 부직포의 형태를 안정화 시키기 위한 공정이다. 즉, 습식코팅 가공에서 설비에 의한 장력(Tension)이 가해지더라도 길이방향과 폭방향으로 부직포가 늘어나지 않도록 하기 위한 것으로서 수축이 이루어진 부직포의 수축성을 잃지 않도록 하는 것이다.

상기 부직포의 가공은 물을 이용하지 않고, 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 부직포에 도포하는 방식으로 이루어진다.

함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 계면활성제 Ⅰ 0.1∼10 중량부, 계면활성제 Ⅱ 0.1∼10 중량부, 디메틸 포름 아미드100∼400 중량부 및 안료(toner) 5∼35 중량부 만큼 함유한다. 일반적으로 계면활성제는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 더 바람직하기 때문에 Ⅰ, Ⅱ 두 종류의 계면활성제를 사용하였다.

모두러스(Modulus)가 10％∼100％인 폴리우레탄 수지로 함침용 폴리우레탄 배합액을 제조하고, 상기 배합액을 부직포에 도포한 후 도포된 부직포를 물에 넣지 않고, 열풍기를 이용하여 건조시킨다. 배합액이 도포된 상태에서 부직포를 물에 넣게 되면 P.V.A. 섬유(fiber)가 설비장력에 의해 늘어나게 되는데, 이것을 방지하기 위해서 열풍건조를 시키는 것이다. 즉, P.V.A.는 고온의 물에 의해 녹지만, 용제(DMF 또는 MEK 등)에는 녹지 않는 성질을 이용하는 것이다.

배합액에 적용하는 폴리우레탄 수지의 모두러스(Modulus)의 변화와 부직포에 도포하는 함침용 폴리우레탄 배합액 도포량 정도에 따라 완제품 상태의 신축성의 정도를 조절할 수 있다. 부직포에 도포하는 함침용 폴리우레탄 배합액의 도포량은 30g/m²∼1500g/m²가 바람직하다.

[코팅 및 함침 공정]

코팅 및 함침 공정의 목적은 부직포 형태 안정화 공정에 의해서, 형태가 안정화된 부직포를 설비의 장력이 최소화되게 하여 폴리우레탄을 도포하는데 있다. 이러한 코팅 및 함침은 형태가 안정화된 부직포를 물속에 넣지 않고, 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)을 직접 도포를 하고 다시 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 도포하는 방식이다.

코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)은 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 계면활성제Ⅰ 0.1∼10 중량부, 계면활성제 Ⅱ 0.1∼10 중량부, 디메틸포름아미드 20∼60 중량부 및 안료(toner) 5∼35 중량부 만큼을 포함한다.

먼저, 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)를 형태가 안정화된 부직포위에 도포를 한다. 바람직하게는, 형태가 안정화된 부직포가 건조한 상태에서 코팅을 진행한다. 코팅용의 폴리우레탄 배합액의 고형분 비율은 배합액에 대하여 15중량％∼30중량％ 만큼 함유하는 것이 바람직하다.

상기 도포된 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)이 일정량 부직포로 침투되도록 한다. 침투하는 부직포의 도포량 정도에 따라 완제품의 신축성 정도에 차이가 생긴다. 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)의 도포량은 300g/m²∼2000g/m²의 범위이다.

코팅용 배합액(Ⅱ)의 침투성 조절을 위한 작업조건은 바람직하게는,

- 코팅 도포 갭(Gap) (50μ∼ 3000μ)

- 작업속도 (2m/min ∼ 10m/min)

가 적절하다.

상기 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)을 도포하고 난 뒤, 일정량을 침투시키고 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 도포한다. 함침용의 폴리우레탄 배합액의 고형분 비율은 배합액 총 중량에 대하여 5중량％∼15중량％가 바람직하다.

코팅후에 함침을 하는 이유는 고형분이 높은 코팅액을 먼저 부직포상에 도포함으로써, 부직포에 고형분이 높은 코팅액이 많이 침투하게 하는 것이다. 즉, 함침액 보다 코팅액이 부직포에 많이 도포되게 함으로써, 응고조 및 수세조(물속)에서 설비의 장력이 걸리더라도, 고형분이 높은 폴리우레탄이 많이 존재하기 때문에 부직포가 쉽게 늘어나지 못하게 하기 위함이다.(폴리우레탄은 물속에서 딱딱해짐;응고됨)

고형분 비율이 낮은 배합액을 부직포에 먼저 도포 하게되면, 고형분 비율 이 높은 코팅용 배합액이 부직포로 침투되는 것이 적어지기 때문에 코팅을 먼저 실시하는 것이다.

코팅과 함침이 완료되면, 응고조(상온의 물)로 입수시켜서 코팅액과 함침액을 동시에 응고시킨다. 코팅액과 함침액을 동시에 응고시킴으로써, 응고조 내의 설비 장력의 영향성을 최소화시킬 수 있다.

[습식 반제품 종횡방향 수축공정]

습식 반제품 종횡방향 수축공정은 코팅 및 함침용 폴리우레탄을 부직포상에 도포하여 응고 및 수세를 진행한 반제품(부직포)의 장방향 및 폭방향의 신축성을 제어하는 데 그 목적이 있다. 여기서 반제품이란, 코팅과 함침이 완료된 부직포로서, 습식 및 습건식용 인공피혁을 위한 중간공정 제품을 의미한다.

코팅 및 함침 공정으로 생산된 반제품은 습식코팅 공정특성 및 P.V.A. 섬유(fiber) 특성(중저온의 물속에서 외부힘에 의해 늘어남)으로 인하여, 길이방향 및 폭방향으로 늘어나게 된다. 종횡방향의 수축공정은 열풍건조기를 이용하여, 습식 반제품 상태에서 장,폭방향으로 늘어나 있는 반제품을 수축시키는 가공이다. 즉, 반제품을 장,폭방향으로 수축시킴으로써, 부직포상태의 장,폭방향 수축율보다 높은 수축율을 가지도록 하는 방법이다. (최초 수축된 부직포 상태보다 더 많이 수축시키는 것임)

부직포의 P.V.A. 섬유(fiber)도 수축을 하지만, 폴리우레탄 배합액(Ⅰ,Ⅱ)에 존재하는 폴리우레탄 수지도 수축을 하게된다. 이와 같이 2가지 성분 모두를 수축 시킴으로써, 완제품에 필요한 장,폭방향 고신축성을 조절할 수 있는 것이다.

폭방향의 수축은 열풍건조기로 투입되는 반제품의 폭을 세팅함으로써 폭을 수축시킬 수 있다. 즉, 습식설비에 투입될 때(코팅 및 함침공정)의 부직포폭을 측정하여, 열풍건조기로 투입되기 전에 건조할 때의 반제품 폭을 부직포폭보다 작게 설비를 조절한다. 이렇게 하면, P.V.A.성분과 폴리우레탄 수지가 동시에 폭방향으로 수축하여, 최초 부직포 투입폭보다 수축을 많이 시키는 것이다.

장방향의 수축은 폭방향으로 수축된 반제품을 중저온(40℃이하)의 물속에 함침시킨 후 열풍건조함으로써 이루어진다. 열풍 건조기의 미건조 반제품(물에 함침시킨 후 건조되지 않은 반제품) 투입속도와 건조된 반제품 토출속도를 Setting할 때, 미건조 반제품의 투입속도를 토출속도 보다 빠르게 Setting함. 이로 인해, 열풍 건조기 안에서 제품이 길이방향으로 축척되게 하여 완제품 상태에서 요구되는 신축성 만큼, 길이 방향으로 수축하게 하는 것이다.

바람직하게는, 토출속도 대비 투입속도의 비율을 100％∼150％로 하고, 열풍 건조기의 온도를 70℃∼160℃로 조절한다. 열풍 건조기의 온도에 따라 장방향 수축 정도를 조절할 수 있다.

본 단계(습식 반제품 종횡방향 수축공정)에서는, 바람직하게는 열풍 건조기의 온도를 70℃∼160℃로 조절한다. 열풍 건조기의 작업 속도를 바람직하게는 2m/min∼15m/min으로 조절한다. 열풍 건조기의 온도 및 속도에 따라 장,폭방향 수축 정도를 조절할 수 있다.

본 단계(습식 반제품 종횡방향 수축공정) 수축 범위는 부직포 상태의 길이 대비 80％∼120％가 바람직하다. 또한, 폴리우레탄 배합액이 도포된 반제품 대비 80％∼120％가 바람직하다.

[P.V.A. 추출공정]

P.V.A. 추출공정은 습식반제품 종횡 방향 수축공정으로 인하여 장,폭방향으로 수축된 반제품의 수축정도를 유지하면서, P.V.A.성분을 추출하는 데 그 목적이 있다.

P.V.A.가 추출되는 정도에 따라 완제품의 신율, 완제품의 두께, 완제품의 물성(인장,인열) 등을 제어할 수 있다. 즉, P.V.A. 성분이 부직포 상태에서 점유하는 정도 및 P.V.A. 성분이 추출되는 정도에 따라 완제품 상태의 신축성 정도가 변화를 하는 것이다. P.V.A.는 완제품 신축성을 위한 매개체 역할을 한다.

P.V.A.를 추출하는 방법은 P.V.A.성분이 고온의 물속에서 녹는 현상을 이용하는 것이다. 즉, P.V.A.성분이 고체에서 용액으로 변화하는 현상을 이용하는 것이다. 물론 P.V.A.는 고온의 물속에서 장시간 고정시키면, P.V.A.성분이 추출되지만 생산성이 저하된다. P.V.A.성분을 필요한 정도만큼 추출하고, 생산성을 높이기 위하여 이 P.V.A.추출공정이 필요한 것이다.

본 발명에서는 바람직하게는, 고온의 물속에서 P.V.A. 성분을 용액상태에 가깝게 유동시킨 후에, 롤러(Roller)로 압착하여 강제로 P.V.A. 성분을 추출한다.

바람직하게는, 습식반제품 종횡방향 수축공정으로 폭방향 및 길이방향으로 수축된 반제품을 90℃ 이상의 물 배스(Bath) 속으로 통과시켜서 반제품의 온도가 90℃이하로 낮아지기 전에 롤러(Roller)로 눌러서, P.V.A. 성분을 움직이게 한다. 롤러(Roller)의 압착 갭(Gap)은 바람직하게는 10％∼100％로서 P.V.A. 추출 정도에 따라 롤러(Roller)의 압착 갭(Gap)을 조절할 수 있다.

이어, 압착에 의해 거동하기 시작한 P.V.A. 성분을 흡입기로 추출한다. 이는, 추출된 P.V.A.성분이 다시 물 배스(Bath)로 들어가는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 추출된 P.V.A.성분은 응고시켜서 재활용 가능하다.

상기의 P.V.A. 특수가공 공정을 여러 번 진행하여, 요구하는 신축성 정도로 P.V.A.를 추출할 수 있다.

PVA의 추출 범위는 90％∼100％ 정도이다.

제 5 도는 종래의 인공피혁의 신율을 나타낸 것이고, 제 6 도는 발명의 인공피혁의 신율을 나타낸 것이다.

이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

30％의 P.V.A. 섬유(2 대니어, 제조사: 쿠라레이), 60％의 나일론(2 대니어, 제조사: 세원) 및 10％의 폴리에스터 섬유(2 대니어, 제조사: 휴비스)를 이용하여 부직포를 제조하였다.

상기 P.V.A. 섬유, 나일론 및 폴리에스터 섬유를 균일하게 혼합한 후, 웨브로 형성하였다. 이어 일정한 두께와 폭을 가지는 평편포 상태로 형성한 후, 니들 펀칭으로 펀칭하였다. 사용된 니들 펀치는 NL21이었다.

상기 생산된 부직포를 80∼85℃의 물속에서 5∼10초동안 통과시켜서 수축되도록 하였다. 아울러 중저온(40℃ 이하를 유지)의 물속을 통과시켜서 물수축된 부직포가 변형이 되지 않도록 고정하였다. 물수축의 수축 비율은 면적대비 25％였다.

상기 수축 상태가 고정된 부직포를 무장력 열풍 건조(제조사: 일성)시키고, 건조된 부직포를 히팅롤러(Heating Roller)(제조사 ; 라미쉬)로 가공처리하여, 부직포상태의 두께를 맞추었다.

상기 부직포에 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 도포하였다.

즉, 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)은 폴리우레탄 수지(강남화성)로서 1000g, 계면활성제 Ⅰ(그린테크)으로서 10g, 계면활성제 Ⅱ(누리산업)로서 10g, 디메틸포름아미드2000g 및 안료(toner)(삼보)로서 100g을 혼합하여 제조하고, 상기 배합액을 부직포에 도포한 후, 도포된 부직포를 물에 넣지 않고 열풍기를 이용하여 건조시켰다.(부직포 형태 안정화 공정)

이어, 상기 형태 안정화된 부직포에 코팅용 폴리우레탄 수지 배합액(Ⅱ)을 직접 도포를 하고 다시 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 도포하였다.

즉, 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)은 폴리우레탄 수지(강남화성)로서 1000g, 계면활성제Ⅰ(그린테크)으로서 10g, 계면활성제 Ⅱ(누리산업)로서 10g, 디메틸포름 아미드 300g 및 안료(toner)(삼보)로서 50g을 혼합하여 제조하고, 이를 형태 안정화된 부직포위에 도포를 하였다. 상기 코팅용의 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)의 고형분 비율은 총중량 대비 20％중량이었다. 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)의 도포량은 1000g/m²이었다.

상기 코팅용 폴리우레탄 배합액(Ⅱ)을 도포하고 난 뒤, 함침용 폴리우레탄 배합액(Ⅰ)을 도포하였다. 함침용의 폴리우레탄 배합액의 고형분 비율은 배합액 총중량에 대비 10％중량이었다.

코팅과 함침이 완료된 후, 응고조(상온의 물)로 입수시켜서 코팅액과 함침액을 동시에 응고시켰다.

열풍건조기를 이용하여 코팅 및 함침 공정으로 장,폭방향으로 늘어나 있는 반제품을 수축시켰다. 열풍건조기에서 투입폭을 습식설비에 투입되는 부직포의 폭대비 90％로 세팅하였다. 열풍 건조기의 온도를 120℃ 조절하고 열풍 건조기의 작업 속도를 10m/minn으로 조절하였다.

이러한 폭방향의 수축 범위는 부직포 상태의 폭 대비 90％였다.

상기 폭방향으로 수축된 반제품을 중저온(40℃이하)의 물속으로 통과시킨 후 열풍건조하였다. 물에 함침시킨 후 건조되지 않은 반제품 투입속도와 건조된 반제품 토출속도를 1:0.8로 조절하였다. 열풍 건조기의 온도를 120℃∼160℃로 조절하였다.

이러한 길이방향의 수축 범위는 부직포 상태의 길이 대비 80％였다.

상기 습식반제품 종횡방향 수축공정으로 인하여 폭방향 및 길이방향으로 수축된 반제품의 수축정도를 유지하면서, P.V.A.성분을 추출하였다. 즉, 습식반제품 종횡방향 수축공정으로 폭방향 및 길이방향으로 수축된 반제품을 90℃ 이상의 물 배스(Bath) 속으로 통과시켜서 반제품의 온도가 90℃이하로 낮아지기 전에 롤러(Roller)로 눌러서, P.V.A. 성분을 움직이게 한 후 P.V.A. 성분을 압착흡입기(자체 개발 기기)로 추출하였다.

롤러(Roller)의 압착 갭(Gap)은 50％였다.

제 6 도는 상기 제조된 인공피혁의 신율을 나타낸 것이다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 습식반제품 종횡 방향 수축공정에서 길이 방향의 수축공정을 배제하고 인공피혁을 제조하였다. 그 이유는 3방향의 신축성만을 부여하기 위한 것이다.(길이 방향으로의 신축성을 제거하였음)

즉, 상기와 같이 가공 공정중에서의 작업방법을 변경시킴으로써, 원하는 방향으로, 원하는 신축성 정도로의 부여가 가능하다.

<비교예 1>

발명의 방법을 사용하지 않고 일반 부직포를 사용하고 일반가공공법을 적용하여 인공피혁을 제조하였다. 즉, 나일론과 폴리에스터 섬유로 된 부직포를 이용하여, 상기 종래기술로서 기재된 바와같이, 부직포=>함침=>코팅 =>건조=>엠보싱=> 인쇄 단계를 거치는 일반 가공법을 적용하였다.

<시험예 1>

상기 실시예 1,2 및 비교예 1에서 제조된 인공피혁의 일반 물성 및 장방향 신율, 폭방향 신율 및 대각선 신율을 측정하였다.

신율의 측정은 ASTM 방법에 따라, 로이드 인장기를 이용하여 측정하였다.

결과는 하기 표 1에 나타나 있다.

항 목		실시예 1	실시예 2	비교예 1
두 께(mm)		1.02	0.98	1.03
중 량(g/㎡)		376	356	370
신 율 (％)	장	338	159.1	110
	폭	434	386.9	125
	대각선	390	370	120
인 장 (kg/inch)	장	23.1	24.9	24.3
	폭	20.5	22.2	18.8
인 열 (kg)	장	4.9	6.3	7.1
	폭	6.9	5.3	5.2
파열(kg)		23	22	23
접착(kg/cm)		3.5	3.3	3.5
부직포	종 류	P.V.A. 섬유 함유	P.V.A. 섬유 함유	나일론, 폴리 함유
	후 도	0.8	0.8	0.8
	중 량	210	210	215
제품 가공 방법		발명 가공법 적용 (폭,길이 방향 적용)	발명 가공법 적용 (길이방향 미적용)	일반 가공법 적용
제품 가공 공정 순서		부직포=>부직포형태안정화공정=>수축공정=>P.V.A.추출공정=>엠보싱=>인쇄	부직포=>부직포형태안정화공정=>수축공정(길이방향미적용)=> P.V.A.추출공정=>엠보싱=>인쇄	부직포=>함침=>코팅 =>건조=>엠보싱=>인쇄
완제품 신축성 여부		4방향 신축성 있음	3방향 신축성 있음	신축성 없음

본 발명은 부직포 폴리우레탄 인공피혁의 단점인 비신축성을 개선함으로써, 현재 사용되고 있는 직물 신축성 원단의 단점(물성 저하)을 보완하여, 폴리우레탄 인공피혁의 적용 분야 확대가 기대된다. 본 발명은 P.V.A. 섬유(fiber) 가공 기술의 향상 효과, 특히 P.V.A.성분 재생을 통한 친환경적인 측면에 효과가 있다.

Claims (2)

1. P.V.A.(PolyVinyl Alcohol) 섬유(fiber), 나일론 및 폴리에스터 섬유를 이용한 니들펀칭부직포를 물속에서 수축시킨 후, 상기 수축상태가 고정된 부직포를 열풍건조 시켜 부직포를 제조하는 단계;

   상기 제조된 부직포에 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 계면활성제 Ⅰ0.1~10 중량부, 계면활성제 Ⅰ과 종류가 상이한 계면활성제 Ⅱ 0.1~10 중량부, 디메틸포름아미드 100~400 중량부 및 안료 5~35 중량부를 함유하는 함침용 폴리우레탄 배합액 (Ⅰ)을 도포하는 단계;

   상기 폴리우레탄 처리된 부직포에 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 계면활성제 Ⅰ 0.1~10 중량부, 계면활성제 Ⅰ과 종류가 상이한 계면활성제 Ⅱ 0.1~10 중량부, 디메틸포름아미드 20~60 중량부 및 안료 5~35 중량부를 함유하는 코팅용 폴리우레탄 배합액 (Ⅱ)을 습식코팅하고, 이어 상기 함침용 폴리우레탄 배합액 (Ⅰ)을 도포하는 단계;

   상기 습식코팅 반제품을 길이방향 및 폭방향 수축처리를 하는 단계; 및

   상기 수축처리된 습식코팅 반제품에서 P.V.A.를 추출하여 제거하는 단계;

   를 포함하는 인공피혁의 제조 방법.
2. 삭제

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