KR101536260B1 - 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 친환경 인테리어용 바닥재 - Google Patents

친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 친환경 인테리어용 바닥재 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 플로킹 정전압 가공방식을 응용하여 적용한 고전압 함침기술을 이용하여 친환경 인테리어용 바닥재를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 친환경 인테리어용 바닥재를 제공한다.

Description

친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 친환경 인테리어용 바닥재{MANUFACTURING METHOD OF ECO FRIENDLY INTERIOR FLOORING AND ECO FRIENDLY INTERIOR FLOORING MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 플로킹 정전압 가공방식을 응용하여 적용한 고전압 함침기술을 이용하여 친환경 인테리어용 바닥재를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 친환경 인테리어용 바닥재에 관한 것이다.
종래 섬유 소재를 이용하여 바닥재를 제조할 때, 주로 함침 가공 공정이 이용되었다. 함침 가공 공정은 일반적으로 부직포 또는 직물 등의 평활한 섬유 기재 위에 바인더를 균일하게 도포한 후 용제형 수지를 함침시키는 방법으로 실시된다. 이때 사용되는 바인더는 대부분 소수성 고분자계 물질이기 때문에, 섬유 기재 위 바인더를 도포하기 위해서는 바인더를 디메틸포름아미드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK) 등과 같은 유기용제 중에 용해시켜 사용하였다.
그러나, DMF, MEK 등의 유기용제는 독성이 강하여 인체에 유해하기 때문에, 소수성 고분자계의 바인더를 친수성의 고분자계 물질로 대체하려는 연구가 진행되어 왔다. 하지만 친수성 고분자계의 바인더는 통상 분자량 조절이 어렵고, 합성 원료의 선택 및 합성 공정시의 제한으로 인해 낮은 내수성, 박리강도, 기계적 물성 및 내구성을 나타낸다. 그 결과 고기능성 및 고품질 제품으로의 용도 전개에 한계가 있다.
또 다른 방법으로 유기용제가 배제된 무용제형의 고분자를 이용하는 방법이 제안되었다. 구체적으로는 반응성 열용융(hot-melt)형 우레탄을 활용한 방법이 있다. 일반적으로 반응성 열용융형 우레탄은 상온에서는 고체이고 열을 가하면 용융하여 액상으로 되었다가 냉각에 의해 다시 응집력이 발현되는 "핫멜트성"과, 분자내 이소시아네이트기가 공기중 수분과 반응함으로써 가교되어 경화되는 "습기경화성″을 나타낸다. 따라서, 이 같은 반응성 열용융형의 우레탄 수지를 이용하여 성형품을 제조하는 경우, 소정 온도에서 반응성 열용융형의 우레탄 수지를 용융시켜 적정한 흐름성을 확보한 후, 성형 공정을 실시하고, 이어서 냉각을 통한 고화 공정을 통해 일정한 모양으로 안정화된 성형품을 제조한다. 이때 무용제형의 반응성 열용융형 우레탄 수지의 결정화도가 높을수록 고화속도가 빠르기 때문에 작업효율성이 좋고, 또 강한 응집력을 나타내어 제품 물성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 결정화도가 지나치게 높을 경우에는 용융 온도가 매우 높기 때문에 용융 시간이 오래 걸리고, 또한 겔화 시간이 짧아 생산효율성 및 제품 균일성이 저하되는 문제점이 있다.
이 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 한국특허등록 제581330호 및 제591638호에는 정밀펌프가 구비된 우레탄 발포기를 이용하여 무용제형 폴리우레탄 발포체를 제품의 용도에 따라 정해진 액비로 혼합한 후 즉시 토출하여 인공피혁을 제조함으로써, 인공피혁의 기계적 물성, 내마모성, 성형 가공성, 생산 효율 및 제품균일성을 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 상기 방법은 무용제형 폴리우레탄 수지의 불균일한 발포, 그리고 고가의 설비 사용 및 복합한 제조 공정이라는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로, 고밀도의 편물과 부직포를 용매로 수축가공하여 고밀도화하는 방법이 제안되었다. 상기 방법은 천연피혁 대체용인 인공피혁이나 미세먼지 강화필터 등에 응용이 가능하고, 극세사를 특수 용제 및 약품을 이용하여 고수축 시킴으로써 표면적이 30% 이상 증대되어 흡습성 및 촉감을 향상시킬 수 있다. 그러나 적정한 후도 유지가 어렵고, 물성이 취약하다는 문제점이 있다.
최근 프랑스의 피브로린(Fibroline)사는 열가소성 및 열경화성 수지를 이용한 무용제, 비수계 친환경 함침 기술로서, 고전압의 교류 전기장을 활용하여 열경화형 분말과 섬유를 융합하는 기술을 개발하였다. 구체적으로 국제특허출원 제PCT/FR2009/051174호에는 고강도 교류 전기장(high intensity alternating electric field)을 이용하여 분말형태의 미세분말을 다공질 재료에 주입하는 장치와 방법을 개시하고 있고, 국제특허출원 제PCT/FR2007/050916호에는 스템퍼블 강화 복합체 반제품의 제조방법을, 그리고 국제특허출원 제PCT/FR2008/050963호에는 직물 코팅 형성 방법을 각각 개시하고 있다. 이들 기술들은 모두 직물, 부직포, 플로킹 얀(flocking yarn)에 관한 것으로, 2개의 마주보는 전극에 교류의 고장력 발생기(alternative high tension generator)를 연결하여 10 내지 50kv의 교류 전압을 발생시키고, 이때 생성되는 플라즈마 현상을 이용하여 비전도성 분말을 섬유 조직내로 함침하는 방법을 이용하고 있다. 상기 플라즈마는 두 개의 전극 사이에 생기는 강한 전계와 공기 분자의 이온화에 의하여 생긴 기체 이온의 매개체로서, 상기 기체 이온에 의해 그리고 전극 사이의 강한 교류 전기장에 의해 비전도성 분말이 50T/s(고류 고장력의 빈도가 Hz인 경우)로 가속되어 두 전극 사이에 분말 구름을 형성하며 섬유 조직 내에 흡착되게 된다. 그러나 이 같은 선형 플라즈마 표면 처리 방법은 강한 전계로 인하여 절연체가 손상되기 쉽고, 내부공간의 작업성을 확인하기 어려우며, 또한 전기적 특성이 없어야 하기 때문에 적용가능한 소재가 한정되는 문제점이 있다.
한국특허등록 제581330호(2006.05.11 등록) 한국특허등록 제591638호(2006.06.13 등록) 국제특허출원 제PCT/FR2009/051174호(2009.06.19 출원) 국제특허출원 제PCT/FR2007/050916호(2007.03.12 출원) 국제특허출원 제PCT/FR2008/050963호(2008.05.30. 출원)
본 발명의 목적은 플로킹 정전압 가공방식을 응용하여 적용한 고전압 함침기술을 이용하여 친환경 인테리어용 바닥재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조되어, 고품질 및 고기능성을 나타내는 친환경 인테리어용 바닥재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유 구조체에 대해 직류 정전압 인가에 의한 전기장 하에서 열반응성 수지 입자를 공급하여 정전기적 인력에 의해 섬유구조체에 부착시키는 단계; 상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 부착된 섬유 구조체에 대해 교류 전압을 인가하여 열반응성 수지 입자를 정전기적 인력에 의한 흡착 및 탈리를 통해 섬유 구조체 내로 분산시키는 단계; 그리고 상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체를 열처리하여 열반응성 수지를 섬유 구조체에 고착시키는 단계를 포함하는 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법을 제공한다.
상기한 제조방법에 있어서, 상기 직류 정전압은 10kV 내지 100kV의 직류 정전압일 수 있다.
또한, 상기 열반응성 수지 입자는 10 내지 1,000㎛의 평균 입자직경을 갖는 것일 수 있다.
그리고, 상기 열반응성 수지 입자는 섬유 구조체 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부의 양으로 사용될 수 있다.
또한 상기 제조방법은 섬유 구조체에 대한 열반응성 수지 입자의 부착 전, 고전압 발생기를 이용하여 열반응성 수지 입자를 대전시키는 전기적 전처리 공정을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 제조방법은 열반응성 수지 입자의 부착시 열반응성 수지 입자와 함께 전기적으로 전처리된 첨가제를 더 공급하여 섬유 구조체에 부착시킬 수 있으며, 이때 상기 첨가제는 난연제, 무기충전제, 카본블랙, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 윤활제, 발포제, 제포제, 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
또한 상기한 제조방법에 있어서, 상기 교류 전압은 주파수가 10 내지 300Hz이고, 진폭이 1,000 내지 50,000kV/m인 것일 수 있다.
또한, 상기 열처리는 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 대해 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도로 적외선을 조사하거나, 또는 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도를 갖는 열풍을 공급하는 방법에 의해 실시될 수 있다.
또한 상기 제조방법은 열처리 단계 이후 바닥재에 대한 니들 펀칭 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기한 제조방법에 의해 제조된 친환경 인테리어용 바닥재를 제공한다.
상기 바닥재는 섬유 구조체, 및 상기 섬유 구조체의 표면 및 공극 내에 분산되어 존재하며, 섬유 구조체에 결합된 열반응성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 바닥재는 난연제, 무기충전제, 카본블랙, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 윤활제, 발포제, 제포제, 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 바닥재의 제조방법에 의해 바닥재를 구성하는 섬유 구조체내 열반응성 수지의 함침 균일도를 현저하게 개선시킬 수 있어, 인장특성, 박리강도, 내열성, 내가수분해성, 난연성, 촉감 등의 측면에서 고기능성 및 고품질의 친환경 인테리어용 바닥재를 제조할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바닥재의 제조방법은 플로킹 정전압 방식을 적용한 고전압 함침 방법을 이용하여 인테리어용 바닥재를 제조함으로써, 제조시 사용되는 원재료와 용수 그리고 에너지를 절감하여 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있고, 휘발성 유기화합물(VOCs) 및 CO2 등과 같은, 유기용제 사용에 따른 환경 유해 요인의 발생에 대한 우려가 없으며, 소재의 리사이클이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 바닥재의 제조방법은, 플라즈마 현상을 이용하여 비전도성 분말을 섬유 조직내로 함침시키는 종래 함침 공정과 달리, 정전압을 활용하는 플로킹 원리를 이용하고, 또한 투입 설비, 비터링(beatering), 직류 정전압 및 교류 전압을 선택적으로 조합 적용하여 섬유 구조체와 열반응성 수지 입자간의 정전기적 인력에 의한 결합 형성 및 이를 고착화함으로써, 바닥재 제조 장치에 대한 손상이 없고, 품질 관리를 위한 공정 확인을 육안으로 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 인테리어용 바닥재의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예에 따른 친환경 인테리어용 바닥재의 제조시 사용되는 바닥재 제조 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3a은 실시예 2-1에서 제조한 바닥재에서의 섬유구조체의 단면을 주사전자현미경을 관찰한 사진이고, 도 3b는 상기 도 3a의 부분확대도이며, 그리고 도 3c는 상기 도 3a와는 다른 위치에서의 바닥재의 섬유구조체를 관찰한 주사전자 현미경 사진이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
플로킹(flocking)이란 각종 재료에 대해 강한 점착성 또는 접착성을 나타내는 천연 고무, 합성 고무 라텍스, 폴리아세트산비닐, 또는 폴리아크릴산에스테르, 폴리우레탄 수지와 같은 부착제를 도포하고, 솜 또는 합성섬유 등을 수 mm의 길이로 절단한 플록(flock)을 산포한 후, 정전기적 인력을 이용하여 플록을 부착시키는 식모 기술이다.
본 발명은 이 같은 플로킹 정전압 가공방식을 응용하여 적용하는 고전압 함침 기술을 이용하여 섬유 구조체와 열반응성 수지 입자간의 정전기적 인력에 의한 결합을 형성하도록 하고, 또한 정전기적 인력에 의해 섬유 구조체 내 열가소성 수지 입자를 균일하게 분산시킨 후 열고착함으로써, 접착제 및 이를 용융시키기 위한 용제의 사용 없이 친환경적으로 고품질 및 고기능성의 인테리어용 바닥재를 제조하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법은, 섬유 구조체에 대해 직류 정전압 인가에 의한 전기장 하에서 열반응성 수지 입자를 공급하여 정전기적 인력에 의해 일정한 방향성을 갖도록 섬유구조체에 부착시키는 단계(단계 1); 상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 부착된 섬유 구조체에 대해 교류 전압을 인가하여 열반응성 수지 입자를 정전기적 인력에 의한 흡착 및 탈리를 통해 섬유 구조체 내로 분산시키는 단계(단계 2), 그리고 상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체를 열처리하여 열반응성 수지를 섬유 구조체에 고착시키는 단계(단계 3)를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 인테리어용 바닥재의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 바닥재 제조방법에 대한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
단계 1은 섬유 구조체에 대해 직류(DC) 정전압 인가에 의한 전기장 하에서 열반응성 수지 입자를 공급하여 정전기적 인력에 의해 섬유구조체에 부착시키는, 섬유 구조체에 대한 열반응성 수지 입자의 부착 단계이다(S1).
상세하게는, 일정한 거리를 두고 상, 하로 대면하고 있는 2개의 전극 플레이트에 대해 DC 정전압을 인가하여 전압차를 발생시키고, 섬유구조체를 상기 2개의 플레이트 사이로 통과시키면 전극 플레이트 사이의 전압차에 의해 전기장이 형성되게 된다. 이 같은 전기장 분위기 하에서 섬유 구조체에 대해 열반응성 수지 입자를 공급하면 고전압의 DC 정전압에 의해 물리적인 진동이 발생하면서 열반응성 수지 입자가 전기적 힘에 의해 일정한 방향으로 속도를 가지고 움직이면서 섬유 구조체와 상호작용을 하게 된다. 이때 일시적으로 발생되는 정전기적 인력에 의해 열반응성 수지 입자가 섬유 구조체의 표면 및 내부에 일정한 방향으로 부착되게 된다.
상기 DC 정전압 인가에 의한 전기장 형성시, 상기 두 전극 플레이트 사이의 거리는 섬유 구조체의 공극 형태와 크기, 열반응성 수지 입자의 입도 특성과 전기전도도 등에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로는 10mm 내지 100mm의 거리를 두고 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 두 전극 플레이트 사이에 형성되는 고전압 DC 전기장은 10kV 내지 100kV 범위의 DC 전압 인가에 의해 형성될 수 있으며, 열반응성 수지 입자의 부착 효율을 고려할 때 10kV/cm 내지 80kV/cm의 DC 전기장이 형성되도록 DC 전압을 인가하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 열가소성 수지 입자의 분산성 및 부착성을 높이기 위하여 섬유 구조체에 대해 별도의 진동 장치를 통해 진동에너지를 부가할 수도 있다.
본 발명에 따른 바닥재의 제조에 사용가능한 섬유 구조체는, 섬유를 이용하여 웹(web)을 형성한 후 기계적 또는 물리적 방법으로 섬유끼리를 결합시킨 섬유 구조체로서, 통상 인테리어용 바닥재로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 섬유 구조체는 부직포, 직물 또는 편물 등일 수 있다.
또한, 상기 섬유구조체를 형성하는 섬유는 구체적으로 유리 섬유, 천연 섬유, 탄소 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 세라믹 섬유, 아라미드 섬유, 나일론, 레이온 섬유, 아크릴 섬유 또는 복합 기능성 섬유 등일 수 있다.
상기와 같은 섬유에 있어서, 섬유의 직경 및 길이는 특별히 한정되지 않으며, 바닥재의 용도 및 목적하는 바닥재의 물성적 특징에 따라 따라질 수 있다. 구체적으로는, 열반응성 수지의 입자의 섬유 구조체로의 부착 및 침투 용이성을 고려할 때 10 내지 50㎛의 평균 섬유직경 및 2 내지 200mm의 평균 섬유길이를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바닥재의 제조에 사용가능한 열반응성 수지로는 상기한 섬유 구조체 보다 낮은 연화점을 가져 바닥재 제조를 위한 후속의 열처리 공정에서 용융되어 섬유 구조체에 용이하게 결합, 고착될 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 열반응성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥산디메틸테레프탈레이트, 폴리락트산, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리에테르이미드 등의 열가소성 수지; 또는 불포화 폴리에스테르, 폴리에폭시드, 멜라민계 수지 또는 페놀계 수지 등의 열경화성 수지일 수 있다.
상기와 같은 열반응성 수지는 그 형태에 있어 특별한 한정은 없으나, 섬유 구조체에 대한 부착 및 침투 용이성을 고려할 때 구형인 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 열반응성 수지의 입자는 섬유 구조체의 두께 및 공극 특성을 고려하여 적절한 입자 직경을 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로는 10 내지 1,000㎛의 평균 입자직경을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기와 같은 열반응성 수지 입자는 목적하는 바닥재의 물성적 특성을 고려하여 적절한 함량으로 사용되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 섬유 구조체 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 열반응성 수지 입자의 공급시 저밀도, 난연성 또는 항균 특성 등 최종 제조되는 바닥재에 목적하는 기능을 부여할 수 있는 유기 또는 무기의 첨가제가 함께 공급될 수도 있다. 구체적으로는 난연제, 무기충전제, 카본블랙, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 윤활제, 발포제, 제포제, 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제가 열반응성 수지와 함께 공급될 수 있다. 이들 첨가제는 열반응성 수지와 동일하게 10 내지 1,000㎛의 평균입자직경을 갖는 입자상으로 첨가되는 것이 바람직할 수 있으며, 또한 섬유구조체에 대한 부착성 및 분산성 증가를 시키고, 전긱적 특성을 극대화하기 위해 열반응성 수지 입자와 마찬가지로 첨가 전 계면활성제 등의 화합물을 이용하여 화학적 전처리되거나 또는 전기적으로 전처리되는 것이 바람직할 수 있다.
상기한 첨가제는 바닥재의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 적절한 함량으로 사용될 수 있으며, 구체적으로는 섬유 구조체 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바닥재의 제조방법은 상기 섬유 구조체에 대한 열반응성 수지 입자의 부착 공정에 앞서, 상기 열반응성 수지 입자에 대해 분산성 및 전도성 향상을 위한 화학적 또는 전기적 전처리 공정을 더 포함할 수도 있다.
상기 화학적 또는 전기적 전처리 공정은 특별한 제한없이 통상 수지 입자의 분산성 및 전도성 향상을 위해 사용되는 다양한 방법에 의해 실시될 수 있다. 이중에서도 정전기적 흡입력의 요인인 전하(charge)가 고전압 함침 공정 중 섬유 네트워크를 열리게 하여 수지의 침투를 가속화시키고, 섬유 구조체 내에서 열반응성 수지 입자의 동적 충돌을 발생시켜 분산성을 증가시키기 때문에, 열반응성 수지 입자에 대해 전도성을 부여할 수 있는 전기적 전처리가 보다 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 전기적 전처리 공정은 고전압 발생기를 이용하여 열반응성 수지 입자가 전기적 극성을 띠도록 대전시키는 방법으로 실시될 수 있다.
단계 2는 상기 단계 1에서 제조한 열반응성 수지 입자가 부착된 섬유 구조체에 대해 교류(AC) 전압을 인가하여 열반응성 수지 입자를 정전기적 인력에 의한 흡착 및 탈리를 통해 섬유 구조체 내로 분산시키는, 섬유구조체에 대한 열반응성 수지 입자의 분산 단계이다(S2).
상세하게는, 일정한 거리를 두고 상, 하로 대면하고 있는 2개의 전극 플레이트에 고전압의 AC 전압을 인가하여 AC 전기장 형성시킨 후, 상기 단계 1에서 제조한 열반응성 수지 입자가 부착된 섬유 구조체를 상기 전극 플레이트들 사이로 통과시키면 섬유 구조체에 부착된 열반응성 수지 입자가 정전기적 흡입력에 의해 흡착과 탈리(또는 여과)를 반복하면서 섬유 구조체 내부로 균일하게 분산되게 된다.
상기 AC 전압 인가에 의한 전기장 형성시, 상기 두 전극 플레이트 사이의 거리는 섬유 구조체 조직의 공극 형태와 크기, 열반응성 수지 입자의 입도 특성과 전기전도도 등에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로는 10 내지 100mm의 거리를 두고 배치될 수 있으며, 단계 1에 대한 연속 공정이 가능하도록 상기 단계 1에서와 동일하게 거리를 두고 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 두 전극 플레이트 사이에 형성되는 AC 전기장은 주파수가 10 내지 300Hz이고, 진폭이 1,000 내지 50,000kV/m인 AC 전압의 인가에 의해 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 조건의 교류 전압이 인가되는 경우 열반응성 수지 입자의 분산성이 증가하게 된다.
또한 상기 AC 전압 인가시 파형은 특별히 한정되지 않으며, 열반응성 수지 입자의 분산성 및 최종 제조되는 바닥재의 물성 등을 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로는 삼각형, 정사각형, 펄스형 또는 사인형 등의 형태를 가질 수 있으며, 이중에서도 섬유 구조체내 열반응성 수지 입자의 균일한 분산 효과면에서 사인(sin)형이 바람직하다.
또한, 상기 AC 전압 인가에 따른 열반응성 수지 입자의 분산 공정은, 3초 내지 60초 동안 실시될 수 있으며, 바람직하게는 6초 내지 20초 동안의 실시될 수 있다.
또한 상기와 같은 단계 2의 공정은 단계 1에 연속하여 실시되는 것이 바람직할 수 있다.
단계 3은 상기 단계 2에서의 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 대해 열반응성 수지 입자를 섬유 구조체에 고착화하는 단계이다(S3).
상세하게는, 상기 단계 2에서의 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 대해 열처리를 실시함으로써 섬유 구조체와 열반응성 수지 입자 사이에 형성된 일시적인 전기적 결합을 고착화하여 섬유 네트워크와 열반응성 수지 입자를 융합한다.
구체적으로 상기 열처리는 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도가 되도록 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 적외선(IR)을 조사하거나, 또는 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도를 갖는 열풍을 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 공급하는 방법에 의해 실시될 수 있다.
구체적으로 상기 열처리는 열반응성 수지의 연화점 이상 내지 섬유 구조체의 융점 미만의 온도에서 실시될 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 400℃의 온도에서 실시될 수 있다.
이와 같은 열처리에 의한 열반응성 수지의 고착화 방법은 무수(free water), 무용제(free solvent), 무라텍스(free latex), 무PVC(free PVC), 무포름알데히드(Free-Formaldehyde), 무취(Free-smell)의, 휘발성 유기화합물의 발생이 없고(Free-VOCs), 어쿠스틱(acoustic)하며, 난연성(Fire retardant)의 친환경, 에너지 저감형 공정으로, 섬유 구조체와 열반응성 수지의 교차 결합 부분을 중심으로 결합이 형성되게 된다.
상기와 같은 열처리의 결과로, 열반응성 수지가 균일하게 분산되어 결합된 섬유 구조체를 포함하는 바닥재가 제조된다.
본 발명에 따른 바닥재의 제조방법은 또한 상기 열처리 단계 이후 선택적으로, 제조된 바닥재에 대해 여과성, 흡수성, 통기성, 함침성, 와이핑성, 연마성, 단열, 방음, 흡음성, 보형성, 초미세 가공성 등의 기능성을 부여하는 후가공 공정을 더 포함할 수도 있다.
이중에서도 바닥재의 표면 또는 이면에서 여러 종류의 니들을 사용하여 반복적으로 상하운동에 의해 펀칭함으로써, 기계적으로 서로 엉켜 일정한 두께와 섬유 밀도를 갖도록 하여 바닥재의 내구성 및 치수안정성을 더욱 개선시킬 수 있고, 기능성 네트(net)의 중심부 위치가 용이하며, 용도 적합한 소재의 이층 섬유 집합, 성분별 적층 복합화 구조 형성이 또한 용이한 니들 펀칭 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 니들 펀칭 공정은 통상의 니들 펀칭기를 이용하여 실시할 수 있으며, 균일한 물성을 갖는 바닥재 제조를 위해서는 양축 니들펀칭기를 1 내지 2개 사용하거나 단축 니들펀칭기를 2개 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
제조된 섬유 구조체는 가이드 롤러, 실린더 드라이어 및 스팀 실린더를 거쳐 와인더에 권취하여 보관한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 바닥재 제조방법은 플로킹 정전압 방식을 적용한 고전압 함침 방법을 이용하여 인테리어용 바닥재를 제조함으로써, 제조시 사용되는 원재료와 용수 그리고 에너지를 절감하여 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있고, VOCs 및 CO2 등과 같은, 유기용제에 의한 환경 유해 요인의 발생 우려가 없으며, 소재의 리사이클링이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 바닥재의 제조방법은, 플라즈마 현상을 이용하여 비전도성 분말을 섬유 조직내로 함침시키는 종래 함침 공정과 달리, 정전압을 활용하는 플로킹 원리를 이용하고, 또한 투입 설비, 비터링, DC 정전압 및 AC 전압을 선택적으로 조합 적용하여 섬유 구조체와 열반응성 수지 입자간의 정전기적 인력에 의한 결합 형성 및 진동 운동력 보완으로 이를 고착화함으로써, 바닥재 제조 장치의 손상이 없고, 품질 관리를 위한 공정 확인을 육안으로 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기한 제조방법에 의해 제조되는 친환경 인테리어용 바닥재를 제공한다.
상기 바닥재는 섬유 구조체, 및 상기 섬유 구조체 내에 균일하게 분산된 열반응성 수지를 포함한다.
구체적으로 상기 열반응성 수지는 상기 섬유 구조체의 표면 및 공극내에 분산되어 있으며, 섬유 구조체와 결합을 형성하고 있다.
상기 바닥재를 형성하는 섬유 구조체 및 열반응성 수지는 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 바닥재는 또한 난연제, 무기충전제, 카본블랙, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 윤활제, 발포제, 제포제 및 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
이하, 구체적인 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 도 2에 나타난 바닥재 제조장치를 이용하여 바닥재를 제조하였다.
상세하게는, 섬유 구조체로서 20㎛의 섬유직경 및 100mm의 섬유길이를 갖는 폴리에틸렌 섬유로 이루어진 편물(중량=600g/㎡, 높이 6mm)을 바닥재 제조장치(100) 내 언와인더(11) 및 스탠드(12)를 통해 DC 전기장이 형성된 플로킹용 캐빈(13) 내로 이동시켰다. 이때, 플로킹용 캐빈 내 전극 플레이트는 70mm의 거리를 두고 배치하였으며, 두 전극에 대해 각각 10kV 및 80kV의 DC전압을 인가하여 DC 전기장을 형성하였다. 또한 상기 섬유 구조체는 상기 전극 플레이트 사이를 통과하도록 하였으며, 진동기(15)를 이용하여 플로킹용 캐빈내로 공급되는 섬유 구조체를 진동시켰다. 플로킹용 캐빈 내를 이동하는 섬유 구조체에 대해 파일 공급기(14)를 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트의 열반응성 수지 입자(평균입자직경 20㎛) 60g/㎡ 및 난연재로서 규산염 (평균입자직경 5㎛)을 10g/㎡ 비율로 동시에 공급하여 섬유 구조체에 열반응성 수지 입자 및 난연재를 부착시켰다. 이때 열반응성 수지 입자와 난연재로는 계면활성제를 통한 화학적 전처리를 통해 전기적 특성을 극대화하는 전처리한 것을 사용하였다.
이어서 열가소성 수지 입자 및 난연재가 부착된 섬유 구조체를 AC 전계부(16)로 이동시킨 후 10초 동안에 걸쳐 통과시켰다. 이때, AC 전계부(16) 내 두 개의 전극 플레이트는 70mm의 거리를 두고 배치하였으며, 파수가 20Hz이고, 진폭이 3,000kV/m인 AC 전압 인가하여 형성하였다.
이어서 열반응성 수지 입자 및 난연재가 분산된 섬유 구조체에 대해 핫에어 덕트(18) 및 핫에어 노즐(19)를 통해 100℃의 열풍을 5분 동안 가하는 연속공정의 열처리 조건으로 실시하였다. 열처리 후 사이클론(17a, 17b)를 통해 섬유구조체에 고착화되지 않은 열반응성 수지 입자 및 난연재를 회수하였다.
열처리 완료 후 섬유 구조체에 대해 가이드 롤러(20), 실린더 드라이어(21) 및 스팀 실린더(22)에 순차적으로 통과시킨 후, 와인더(23)에 권취하여 수집하였다.
제조된 바닥재 전체에 걸쳐 열반응성 수지의 함량을 측정하였다. 그 결과, 바닥재 두께 전체에 걸쳐 열반응성 수지가 균일하게 분포되어 있음을 확인하였다.
시험예
상기 실시예에서 기초 섬유 구조체로서 폴리에스테르 부직포 250g을 사용하고, 하기 표 1에 제시된 바와 같은 기초 섬유구조체와 가공후 섬유구조체의 중량차이가 되도록 열반응성 수지 입자의 사용량을 다양하게 변화시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 실시예 2-1 내지 2-10의 바닥재를 제조하였다.
제조한 실시예 2-1의 바닥재를 주사전자현미경으로 관찰하고, 그 결과를 도 3a 내지 도 3c에 나타내었다.
도 3a은 실시예 2-1에서 제조한 바닥재에서의 섬유구조체의 단면을 주사전자현미경을 관찰한 사진이고, 도 3b는 상기 도 3a의 부분확대도이며, 그리고 도 3c는 상기 도 3a와는 다른 위치에서의 바닥재의 섬유구조체를 관찰한 주사전자 현미경 사진이다.
도 3a 내지 도 3c에 나타난 바와 같이, 제조 공정 중에 실시된 정전압 및 열풍 처리에 의해 열반응성 수지 입자 및 난연제가 섬유 구조체의 표면 및 공극 내에 분산되어 결합되어 있음을 확인할 수 있다. 또, 이같은 결과로부터 종래 함침 공정을 대체하여 본 발명에 따른 플로킹 정전압 방식으로 섬유 구조체 내에 열반응성 수지 입자 및 난연제를 비롯한 첨가제를 균일하게 분산시키고, 또 안정적으로 부착시킬 수 있음을 알 수 있다.
또, 상기에서 제조한 실시예2-1 내지 2-10의 바닥재에 대해 KS K 시험규격에 따라 치수안정성, 압축율 및 탄성율을 각각 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 기초와 가공후
섬유구조체의 중량차이		 분산율
(%)		 치수안정성
(%)		 압축율
(%)		 탄성율
(%)
2-1 32 16 2.5 22 61
2-2 41 20.5 2.2 20 66
2-3 52 26 1.9 20 75
2-4 61 30.5 1.6 18 80
2-5 70 35 1.4 16 81
2-6 82 41 1.4 16 81
2-7 92 46 1.3 15 83
2-8 101 50.5 1.2 15 85
2-9 113 56.5 1 15 88
2-10 122 61 1 15 89
상기 표 1에서 열반응성 수지 입자 및 난연재가 분산된 실시예의 섬유 구조체와 기초 섬유구조체의 중량차이는 섬유 구조체에 고착된 열반응성 수지 입자 및 난연제의 중량에 해당한다.
또, 표 1에 나타난 바와 같이, 섬유 구조체내에 분산된 열반응성 수지 입자와 난연제의 분산율이 높을 수록 바닥재의 치수안정성, 압축율 및 탄성율이 증가하고, 그 결과로 물리적 내구성이 현저히 강화됨을 알 수 있다.
또, 제조한 바닥재에 대해 성분분석을 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2에서 각 성분의 함량 단위는 ppm이다.
실시예 분산율(%) Cd Pb CrVI Hg PBBs PBDEs
2-1 16 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-2 20.5 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-3 26 1미만 5미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-4 30.5 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-5 35 5미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-6 41 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-7 46 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-8 50.5 1미만 10미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-9 56.5 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
2-10 61 1미만 1미만 1미만 1미만 1에서5미만 1에서5미만
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 실시예 2-1 내지 2-10의 바닥재에서는 기준치에 전혀 못 미치는 아주 낮은 함량의 중금속류가 검출되었다. 이로부터 본 발명에 따라 플로킹 정전압 가공방식을 응용하여 적용한 고전압 함침기술을 이용하여 제조된 바닥재는 친환경 바닥재임을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
11: 언와인더 12: 스탠드
13: 플로킹용 캐빈 14: 파일(pile) 공급기
15: 진동기 16: AC 전계부
17a, 17b: 싸이클론 18: 핫 에어 덕트
19: 핫 에어 노즐 20: 가이드 롤러
21: 실린더 드라이어 22: 스팀 실린더
23: 와인더 100: 바닥재 제조 장치

Claims (11)

  1. 섬유 구조체에 대해 직류 정전압 인가에 의한 전기장 하에서 열반응성 수지 입자를 공급하여 정전기적 인력에 의해 열반응성 수지 입자를 섬유구조체에 부착시키는 단계,
    상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 부착된 섬유 구조체에 대해 교류 전압을 인가하여 열반응성 수지 입자를 정전기적 인력에 의한 흡착 및 탈리를 통해 섬유 구조체 내로 분산시키는 단계, 그리고
    상기 단계의 결과로 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체를 열처리하여 열반응성 수지를 섬유 구조체에 고착시키는 단계
    를 포함하는 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직류 정전압은 10kV 내지 100kV의 직류 정전압인 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열반응성 수지 입자는 10 내지 1,000㎛의 평균 입자직경을 갖는 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열반응성 수지 입자는 섬유 구조체 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부의 양으로 사용되는 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 구조체에 대한 열반응성 수지 입자의 부착 전, 고전압 발생기를 이용하여 열반응성 수지 입자를 대전시키는 전기적 전처리 공정을 더 포함하는 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열반응성 수지 입자의 부착시 열반응성 수지 입자와 함께 전기적으로 전처리된 첨가제를 더 공급하여 섬유 구조체에 부착시키며,
    상기 첨가제는 난연제, 무기충전제, 카본블랙, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 윤활제, 발포제, 제포제, 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전압은 주파수가 10 내지 300Hz이고, 진폭이 1,000 내지 50,000kV/m인 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열처리는 열반응성 수지 입자가 분산된 섬유 구조체에 대해 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도로 적외선을 조사하거나, 또는 열반응성 수지의 연화점 이상의 온도를 갖는 열풍을 공급하는 방법에 의해 실시되는 것인 친환경 인테리어용 바닥재의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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