KR101609175B1

KR101609175B1 - 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법

Info

Publication number: KR101609175B1
Application number: KR1020140075867A
Authority: KR
Inventors: 김병주; 장홍운; 신정만; 김영기
Original assignee: (주)인터마루인더스트리
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-04-06
Also published as: KR20150146047A

Abstract

본 발명은 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법에 관한 것으로서 유기용제의 배출이 없고, 가공성, 코팅성이 양호하고, 내마모성, 내열성, 내광성, 세탁견뢰도가 우수한 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물을 친환경적인 제조방법으로 제공하는 방법에 관한 것이다.

Description

수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법{Production Method of Suede―like Textiles Impregnated By Water―Soluble Polyurethane}

천연 피혁의 구조와 감성을 인공적으로 재현하는 것은 오래전부터 다양한 시도가 이루어지면서 인조피혁으로 발전하여 기능면, 감성면에서 보다 천연피혁에 유사하게 만들기 위하여 연구가 진행되고 있다.

인조피혁의 제조방법에 대해서는 각 제조회사마다 독자적인 기술과 노하우를 가지고 있으나 극세섬유의 제조, 섬유의 삼차원 결합 부직포 제조, 폴리우레탄 처리, 표면 마무리 가공(은면의 형성 또는 기모, 염색)이 일반적인 공정이다. 이러한 인조피혁에 사용된 초극세 해도사의 경우, 소재의 제조공정에서 Alkali Soluble Polymer를 해성분으로 하여 생산하고 있으므로 초극세멀티필라멘트를 잔류시키기 위해서는 감량공정을 통해 환경유해물질인 강알칼리를 사용하여야만 하나, 이는 작업자의 환경은 물론 폐수의 발생이라는 문제점을 안고 있다.

특히, 인간의 피부와 직접 접촉을 하게 되는 인조피혁 경우, 유해물질의 잔류는 물론 제조공정에서부터 친환경적 요소를 가미해야 하는 것은 작금의 웰빙문화에 필수요건이다.

기존의 인조피혁의 제조공정은 섬유로부터 3차원 결합체인 직편물 또는 부직포를 만들고, 이어 폴리우레탄 수지 함침공정을 진행한다. 유기용제로 녹인 폴리우레탄 수지를 함침시킨 후, 유기용제에 녹아있던 폴리우레탄을 물로 씻고, 직편물 또는 부직포 중의 폴리우레탄의 강도를 올리면서 건조, 착색, 디자인 부여공정으로 보내지는 복잡한 제조 공정으로 생산된다.

이러한 유기용제를 사용하는 인조피혁의 제조공정은 제조공정이 복잡하고 공정상 환경유해물질을 사용하여 환경상의 문제를 일으킬 뿐만 아니라 폴리우레탄의 유기용제인 디메틸포름아마이드(DiMethyl Formamide:이하 DMF)는 고압분산염료의 탈색제로 작용되어 색상의 변화를 심하게 할 수 있는 단점이 있어왔다.

대한민국특허등록제10-0813459호(2008년03월17일 공고)

그러므로 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점인 해도사의 분할시 환경유해물질인 강알칼리를 사용하지 않음으로써 작업자의 환경은 물론 폐수의 발생을 줄이는 동시에, 유기용제를 사용하는 인조피혁의 제조공정에서 탈피하여 공정상 환경유해물질을 사용하지 않음으로써 환경상의 문제를 일으지 않고 디메틸포름아마이드(DiMethyl Formamide:이하 DMF)의 문제점을 해결한 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 용출후 단사섬도가 0.01~0.1데니아인 수용성 폴리에스터계 해도사와 30∼50%의 비수수축율을 가진 단사섬도 20∼30데니아/12필라의 고수축 폴리에스터계 필라멘트의 인터레이스사로 편직중량 260~290g/yd, 후도 0.4~0.6㎜의 인터록 편성물을 편직한 후, 60~100℃의 열수에서 정련·수축하여 상기 폴리에스터계 해도사를 분할한 후, 염색, 프리셋팅, 기모, 10~20% 픽업율로 수용성 폴리우레탄함침, 열처리, 버핑하여 완성하는 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법에서 편직물의 구성사는 용출성분과 섬유형성 성분으로 구성된 용출후 단사섬도가 0.01~0.1데니아인 수용성 폴리에스터계 해도사와 30∼50%의 비수수축율을 가진 단사섬도 20∼30데니아/12필라의 고수축 폴리에스터계 필라멘트의 인터레이스사를 사용한다.

본 발명의 최종제품인 스웨이드조 편직물의 소프트하고 볼륨감 있는 특성을 보유하기 위해서는 후가공 공정에서 해성분이 용출됨으로써 도성분의 단사섬유의 용출후 섬도가 0.01~0.1데니아인 것이 바람직하다.

상기 수용성 폴리에스터계 해도사는 대한민국특허등록제10-1149627호의 해도사로서 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜을 해 성분의 주요 성분으로 사용하는 해도형 복합섬유로서, 상기 해 성분에는 에틸렌 글리콜에 대한 10% Na₂CO₃ 용액 및 트리에틸렌 글리콜-비스[베타-3-(tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)]프로피오네이트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 해도형 복합섬유를 사용한다.

또한, 상기 고수축 폴리에스터계 필라멘트는 편제직시에는 일반 원사와 동일한 물성을 보이지만 정련 및 염색공정에서 열수(熱水)를 만나면 고수축의 물성을 보이는 원사로서 특히, 본 발명에서는 30∼50%의 비수수축율을 보유한 필라멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 폴리에스터계 해도사와 고수축 폴리에스터계 필라멘트는 중량비율 60:40 ~ 80:20의 비율로 혼합되도록 인터레이스사를 구성하는 것이 형태안정성 측면에서 좋다. 이는 일반폴리에스터계 필라멘트에 비해 2배 이상의 비수수축율을 보이며 본 발명에서와 같이 수용성 폴리에스터계 해도사와 공기교락됨으로써 후의 축소가공에 의하여 폴리에스터계 해도사와 수축도의 차이에 의해 자연스러운 루프를 형성하고 기모공정이 용이해지며 직물의 스웨이드효과가 양호해지기 때문이다.

상기 인터레이스사로 편직중량 260~290g/yd, 후도 0.40~0.60㎜의 인터록 편성물을 편직한 후, 60~100℃의 열수에서 정련·수축하여 상기 폴리에스터계 해도사를 분할한 후, 염색하는데, 여기서 정련·수축공정은 해도사의 극세화를 결정하는 중요 공정이기 때문에 처리조건이 중요하다.

일반 직물의 경우에는 로타리 와셔에서 가성소다를 1~10중량% 사용하여 95℃, 30분 처리하지만, 본 발명의 편직물의 경우에는 수용성 폴리에스터계 해도사를 사용하므로 60~100℃의 열수에서 정련·수축하면 수용성 폴리에스터계 해도사의 해성분이 용해되어 도성분의 섬유형성성분만 남게 되어 섬도가 0.01~0.1데니아인 미세섬유만을 남기어 아주 미세한 스웨이드조 표면이 생성되도록 한다.

이때 감량율을 20~25%내에서 조절하는 것이 바람직한데 20% 미만에서는 감량에 따른 극세화 효과가 제대로 발현되지 않아 해도사 특유의 감촉이 발현되지 않으며, 25% 초과시에는 지나친 감량에 따른 형태안정성 저하로 인하여 외관 불량 및 제품의 강도 저하 등을 초래하므로 주의를 하여야 한다.

정련·수축공정은 액류 감량기나 염색기에서 60℃에서부터 천천히 100℃까지 승온시켜 정련·수축공정을 실시하여 상기 편직원단을 충분히 수축시키고 안정시킨다. 사용약제는 음이온 계면활성제 1g/ℓ와 50% 수산화나트륨 0.5g/ℓ를 사용하여 정련축소한다. 본 정련·수축공정에 의하여 원단의 생지폭이 50%정도까지 축소가 되고 후도의 증가가 이루어진다. 정련수축공정은 방사유제 제거 및 직물의 조직을 치밀하게 하여 원하는 후도와 폭을 얻기 위하여 염색기나 액류감량기등을 통하여 100℃에서 20분동안 실시한다.

상기 극세화된 편직물은 폴리우레탄함침시 안료의 색상에 따라 동일한 솔리드염색을 할 수 있고 경우에 따라서는 미염색하거나 안료와 다른 색상으로 염색하여 멜란지 효과를 얻을 수 있다. 고압 래피드 염색기에서 분산염료를 사용하여 염색할 수 있으며, 이때 분산염료는 폴리우레탄을 심하게 오염시키므로 환원세정을 수차례 실시하여 견뢰도 상승을 기할 수 있다.

상기 염색이후 기모를 한 후, 10~20% 픽업율로 수용성 폴리우레탄함침을 하게 되는데, 수용성 폴리우레탄 함침은 폴리우레탄 탄성체가 갖는 특유의 유연한 탄성, 치밀한 구조 등에 의해 천연피혁에서와 같은 스웨이드조를 부여하기 위하여 수행된다. 폴리우레탄 함침공정은 대체로 기포를 폴리우레탄 수지용액에 함침한 후, 응고액에 침지하여 폴리우레탄을 응고시키고 수세, 건조하는 공정으로 이루어진다.

상기 수용성 폴리우레탄은 고형분 15~35%의 수분산 폴리우레탄 100 중량부에 우레탄계 증점제 0.1~5 중량부, 실리콘계 유연제 0.1~10 중량부, 물 400~500 중량부를 혼합하고, 60~120분간 혼합 믹싱하여 1,000~1,500cps의 점도로 조절한 수용성 폴리우레탄인 것을 사용하는 것이 폴리우레탄 고형분의 충분한 침투에 바람직하다.

상기 수분산 폴리우레탄은 폴리카보네이트디올(PCD) 40 내지 60중량% 및 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMEG) 40 내지 60중량%로 이루어진 혼합디올로 이루어진 폴리올 및 디이소시아네이트계 화합물간의 축합반응에 의해 생성된 수분산 폴리우레탄인 것이 스웨이드의 탄성 발현에 바람직하다.

그리고, 본 발명의 인공피혁 제조방법에서 사용되는 폴리우레탄수지는 계면활성제를 사용하여 물과 폴리우레탄의 접촉효과를 조절하여 응고속도를 조절하는 것이 바람직하다. 폴리우레탄수지에 계면활성제를 섞어 스퀴징 롤러를 사용하여 일정한 압으로 스퀴즈하여 균일하게 폴리우레탄이 침투되어야 하고 그 후 응고시키면서 동시에 응고를 시킨다. 응고후 수세조에서 망글로 스퀴즈하고 수세를 반복하여 완전한 수세를 한다. 수세조 온도는 60~80℃이다. 그 다음 텐터에서 건조시킨 후 사포를 사용하여 과함침된 표피층의 폴리우레탄을 균일하게 연마하여 원단내부에 분포된 선기모된 모우를 표피에 드러나게 해야 후에 감량된 해도사의 분할로 인한 소프트하고 볼륨감있는 스웨이드조가 나타날 수 있다. 폴리우레탄함침은 상기와 같은 방법으로 하고 응고, 수세시킨다.

습식함침 후 원단을 텐터에서 130∼150℃에서 60∼120초정도 열처리하여 건열세팅을 행한다. 폴리우레탄은 열경화성 수지이므로 온도가 150℃초과시에서는 황변되며 경화되어 터치가 하드해지므로 특히 주의해야 한다. 이후 버핑공정을 시행하여 폴리우레탄이 깎이면서 내부의 해도사가 도출될 수 있을 정도로 버핑을 실시한다. 버핑공정은 연동방법이 작업성이 뛰어나고 작업효율이 좋아 널리 보급되어 있으며 #320으로 버핑하는 방법이 효과적이다.

그러므로 본 발명에 의하면 구성섬유로 수용성 폴리에스터계 해도사를 사용함으로써 열수에서 정련·축소하여 세섬도사로 분할할 수 있어 친환경적인 분할공정을 함과 동시에 폴리에스터계 해도사와 수축도의 차이에 의해 자연스러운 루프를 형성하고 용이한 기모공정을 할 수 있으며, 직물의 스웨이드효과가 양호할 뿐만 아니라, 수용성 폴리우레탄 수지를 사용하여 함침함으로써 유기용제의 배출이 없고, 가공성, 코팅성이 양호하고, 내마모성, 내열성, 내광성, 세탁견뢰도가 우수한 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물을 친환경적인 제조방법으로 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물에 대한 실시예 1의 사진이며,
도 2는 실시예 1의 시료의 세탁견뢰도에 대한 시험성적서이며,
도 3은 실시예 1의 시료의 마찰견뢰도 및 일광견뢰도에 대한 시험성적서이며,
도 4는 실시예 1의 시료의 인장강도에 대한 시험성적서이며,
도 5는 실시예 1의 시료의 인열강도도에 대한 시험성적서이다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

1. 수용성 폴리에스터계 해도사의 제조

테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 1.13 몰 비율로 혼합하여 260℃에서 에스테르화 반응을 시키며, 반응중 에틸렌글리콜에 대한 10% Na₂CO₃용액을 500 ppm으로 첨가하여 올리고머를 생성시켰다. 생성된 올리고머를 중합 반응기로 이송하여 중합온도 287℃, 중합관 압력 0.8 토르, 체류시간 10 시간의 조건 하에서 배치중합 방식으로제조하였다. 중합반응 중 폴리에틸렌 글리콜 12 중량% 및 디메틸-5-설포이소프탈레이트소디움솔트 2.5 몰%, 트리에틸렌 글리콜-비스[베타-3-(tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)]프로피오네이트 2000 ppm을 첨가하여 중합 반응시켰다. 중합 반응된 알칼리 이용해성 폴리머는 고유점도 0.880 및 용출율 36%(30분)의 물성을 가졌다. 한편, 도 성분으로 사용하는 폴리머는 연속중합 방식으로 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 1.62 몰 비율로 혼합하여 275℃에서 에트테르화 반응을 수행하여 올리고머를 생성시켰다. 생성된 올리고머를 중합 반응기로 이송하여 중합온도 286℃, 중합관 압력 1.0 토르 하에서 중합 반응시켰으며 연속중합의 총 체류시간은 10 시간이었다. 중합 반응된 도 성분 폴리머는 고유점도 0.632의 물성을 가졌다. 상기와 같이 생성된 중합체를 칩으로 제조한 후 압출기에 장입하여 자연 하중으로 내려하게 한 후, 기어 펌프를 사용하여 토출하여 고뎃 롤러를 사용하여 권취하여 수용성 폴리에스터계 해도사를 제조하였다.

2. 환편물의 제조

상기 용출후 단사섬도가 0.01~0.1데니아인 수용성 폴리에스터계 해도사와 30%의 비수수축율을 가진 단사섬도 20데니아/12필라의 고수축 폴리에스터계 필라멘트를 인터레이스하여 인터레이스사를 제조한 후 편직중량 280g/yd, 후도 0.5㎜의 인터록 편성물을 편직한 후, 90℃의 열수에서 정련ㅇ수축하여 상기 폴리에스터계 해도사를 분할한 후, 130℃로 40분간 분산염료(DYSTAR Yellow 3GE 0.9% owf, DYSTAR Blue FBL 0.18% owf의 혼합형)로 염색한 후, 160℃ 조건하에서 30초간 프리셋팅을 행하고 기모를 하였다.

3. 수분산 폴리우레탄 수지 합성

교반기, 환류 냉각기, 질소 유입구, 온도계, 온도 컨트롤러, 분액깔대기(dropping funnel)가 장착된 1ℓ부피의 4구 플라스크에, 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol, PCD, 일본 아사히 카세이, Mw=2,000) 40중량%, 폴리테트라메틸렌 글리콜(Polytetramethylene glycol, PTMEG, 미국 듀퐁사, Mw=2000) 60중량%의 조성비대로 칭량하여 투입하고, 120℃에서 가열, 교반하여 원료조성물을 완전히 용해시켰다. 온도를 70℃로 냉각시킨 후, 이소포론디이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI, Bayer)를 반응기 내부로 투입하고 상기 IPDI의 투입이 끝난 후 질소를 불어넣어 반응기 내부를 질소 분위기로 만들었다. 반응이 진행됨에 따른 점도변화를 측정하여, 반응진행 정도를 추적하여 NCO/OH 함량이 1.33에 도달하면, 반응기를 60℃까지 냉각시키고 중화제인 트리에틸아민(triethylamine, TEA, 다우케미칼)을 투입하여 40분간 중화시켰다. 합성시, 디메틸올 프로피온산(DMPA)와 트리에틸아민(TEA)을 일정량으로 고정시키고 NCO/OH 비를 1.33으로 고정시켜 프리폴리머를 제조하였다. 40분 동안 중화시킨 프리폴리머에 칭량된 물을 투입하고 분산 과정을 1시간동안 진행시키며, 에틸렌디아민을 증류수에 희석시켜 1시간동안 나누어 투입하여 쇄 연장시켜 수분산 폴리우레탄을 합성하였다.

4. 수용성 폴리우레탄의 제조

고형분 19%의 상기 수분산 폴리우레탄 100 중량부에 아크릴계 증점제 1.4 중량부, 실리콘계 유연제 5.0 중량부, 물 400 중량부를 혼합하고, 50분간 혼합 믹싱하여 1,250cps의 점도로 조절한 수용성 폴리우레탄을 준비하였다.

5. 함침 및 마무리공정

13.4% 웨트픽업율로 상기 수성 폴리우레탄함침을 한 후 원단을 텐터에서 130℃에서 60초정도 열처리하여 건열세팅을 행한 후 사포를 사용하여 과함침된 표피층의 폴리우레탄을 균일하게 연마하여 원단내부에 분포된 선기모된 모우를 표피에 드러나게 한 후 마무리하였다.

상기 실시예 1의 스웨이드조 편직물의 물성을 측정하여 도 2 내지 도 5에 나타내었다. 도 2 내지 도 3에서 실시예 1의 시료는 #5 로서 세탁견뢰도, 마찰견뢰도 및 일광견뢰도가 4급이상으로 우수하였으며, 도 4 내지 도 5에서 실시예 1의 시료는 #4로서 인장강도 및 인열강도도 우수하게 나타났다.

Claims

용출후 단사섬도가 0.01~0.1데니아인 수용성 폴리에스터계 해도사와 30∼50%의 비수수축율을 가진 단사섬도 20∼30데니아/12필라의 고수축 폴리에스터계 필라멘트의 인터레이스사로 편직중량 260~290g/yd, 후도 0.4~0.6㎜의 인터록 편성물을 편직한 후, 60~100℃의 열수에서 정련·수축하여 상기 폴리에스터계 해도사를 분할한 후, 염색, 프리셋팅, 기모, 고형분 15~35%의 수분산 폴리우레탄 100 중량부에 아크릴계 증점제 0.1~5 중량부, 실리콘계 유연제 0.1~10 중량부, 물 400~500 중량부를 혼합하고, 60~120분간 혼합 믹싱하여 1,000~1,500cps의 점도로 조절한 수용성 폴리우레탄에 10~20% 픽업율로 함침후, 열처리, 버핑하여 완성하는 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법.
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제 1항에 있어서,
상기 수분산 폴리우레탄은 폴리카보네이트디올(PCD) 40 내지 60중량% 및 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMEG) 40 내지 60중량%로 이루어진 혼합디올로 이루어진 폴리올 및 디이소시아네이트계 화합물간의 축합반응에 의해 생성된 수분산 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄함침 스웨이드조 편직물의 제조방법.