KR101609355B1 - 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창 - Google Patents

경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창 Download PDF

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엄기용
전준하
박상민
배종우
이진혁
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한국신발피혁연구원
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Abstract

본 발명은 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창에 관한 것으로 좀 더 구체적으로는 초임계 발포 사출한 저비중의 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 본 발명의 출원인에 의해 선등록(등록번호 : 제10-1440110호)된 "동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물"을 상기 겉창 금형에 사출하여 일체형 신발창을 제조함으로써, 겉창과 중창의 조립공정이 생략되어 그 제조공정을 단순화시키고 생산효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 그 경량성과 쿠션성이 우수하도록 하며, 또한 상기와 같은 사출 성형 시 발포 중창과의 접착을 더욱 개선시킬 수 있도록 하는, 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창에 관한 것이다.

Description

경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창{MANUFACTURING METHOD OF INTEGRALLY FORMED SHOE SOLE FOR BETTER CUSHION AND LIGHT WEIGHT AND INTEGRALLY FORMED SHOE SOLE USING THE SAME}
본 발명은 초임계 발포 사출한 저비중의 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 본 발명의 출원인에 의해 선등록(등록번호 : 제10-1440110호)된 "동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물"을 상기 겉창 금형에 사출하여 일체형 신발창을 제조함으로써, 겉창과 중창의 조립공정이 생략되어 그 제조공정을 단순화시키고 생산효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 그 경량성과 쿠션성이 우수하도록 하며, 또한 상기와 같은 사출 성형 시 발포 중창과의 접착을 더욱 개선시킬 수 있도록 하는, 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창에 관한 것이다.
일반적으로 신발 창(sole)은 크게 안창(insole), 중창(midsole) 및 겉창(outsole)으로 구성되어 있으며 중창과 겉창은 일반적으로 접착제에 의해 조립된다.
구체적으로 살펴보면, 겉창은 통상 천연 또는 합성 고무에 가교제, 촉진제, 충진제, 기타 약품을 혼합하여 롤 작업을 한 후 적당량의 시트상의 미 가류고무를 겉창 성형용 금형에 넣고 가열가압 프레스로 금형모양의 겉창을 제조한다. 최근에는 열가소성탄성체를 이용하여 겉창 모양의 금형 내부에 상기 수지를 직접 사출하여 겉창을 제조하는 방법도 적용되고 있다.
아울러, 중창은 통상 에틸렌비닐아세테이트공중합체 등의 수지를 먼저 스폰지 형태로 발포시킨 후 중창모양의 금형에 넣고 가열가압하여 중창을 만드는 방법과, 원하는 중창 모양보다 작은 크기로 형성된 금형 내에 사출기를 이용하여 발포성 수지를 사출하여 발포하여 금형 개방과 동시에 원하는 크기의 중창으로 만드는 방법이 있다. 또한 중창용 금형에 폴리올과 이소시아네이트 등의 폴리우레탄 원료를 넣고 금형을 밀폐시킨 후 적당한 온도에서 중합반응과 발포 성형을 동시에 수행하는 폴리우레탄 중창 성형법이 있다.
이렇게 제조된 겉창과 중창은, 중창과 겉창을 세척제 등을 사용하여 표면의 불순물을 제거하기 위하여 세척 및 건조하고, 중창과 겉창에 각각 프라이머를 코팅하고 다시 건조시킨 후, 겉창과 중창에 접착제를 도포 및 다시 건조시키고, 겉창과 중창을 상호 접착하여 일체화된 밑창을 제조한다.
하지만, 상기와 같은 종래의 겉창 및 중창의 접착공정은 그 공정 자체가 복잡하고, 필수적으로 소모되어야하는 약품이 많음에 따라 매우 생산비용 등이 증가하게 되며 이는 결국 제조업체의 경쟁력을 약화시키는 원인이 된다.
특히, 이종의 비극성 소재를 접착하기 위해 세척 및 전처리가 필요한 매우 복잡한 공정을 수반하게 된다.
이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 겉창 성형부가 구비된 하부금형에 미가류 고무를 삽입 성형하는 단계와; 하부금형 내의 성형된 겉창의 상부에 프라이머를 코팅하는 단계와; 하부금형 위로 중창 형성부가 구비된 중간 금형을 위치시키는 단계와; 성형된 겉창의 상부에 중창용 폴리우레탄 반응 원액을 금형 내부로 넣고 중창용 금형 두껑을 닫은 다음 폴리올과 이소시아네이트를 폴리우레탄으로 발포 성형시키는 단계로 제조된 신발용 겉창과 중창이 일체로 성형과 동시에 접착이 이루어진 신발 밑창 및 그 제조방법을 제안하였다.
하지만, 상기 특허문헌 1의 경우 겉창과 중창이 일체로 성형된다는 장점은 있으나 제조공정이 복잡하고, 그 경량성 및 쿠션성이 미비하다는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0063527호 "겉창과 중창의 동시 성형 및 접착으로 이루어진 신발용 밑창 및 그 제조방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초임계 발포 사출하여 재단한 저비중의 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 본 발명의 출원인에 의해 선등록(등록번호 : 제10-1440110호)된 "동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물"을 상기 겉창 금형에 사출하여 일체형 신발창을 제조함으로써, 겉창과 중창의 조립공정이 생략되어 그 제조공정을 단순화시키고 생산효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 그 경량성과 쿠션성이 우수하도록 함을 과제로 한다.
아울러, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 제조하기 위한 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 제조 단계에서, 용융 시 극성이 우수한 고분자 수지와 점착 부여수지를 더 혼합함으로써, 상기와 같은 사출 성형 시 발포 중창과의 접착을 더욱 개선시킬 수 있도록 함을 다른 과제로 한다.
본 발명은 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법에 있어서,
TPU(thermoplastic polyurethane) 수지를 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조하는 단계(S100); 및
상기 S100 단계를 거쳐 제조된 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 사출하여 일체형 신발창을 제조하는 단계(S200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창을 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서, 상기 S100 단계는, 초임계 발포 사출기를 이용하여 TPU 수지를 초임계 발포 사출하되, 비중 0.3 ~ 0.5의 발포체로 사출하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 50 ~ 90 중량% 및 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체에 의해 표면처리된 폴리부타디엔 고무 조성물 10 ~ 50 중량%로 이루어지되,
상기 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물은, 열가소성 탄성체 100 중량부에 대하여, 산화아연 3 ~ 5 중량부, 스테아린산 1 ~ 3 중량부, 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘 5 ~ 50 중량부, 가공유 5 ~ 10 중량부, 아민(amin)계 산화방지제 0.5 ~ 5 중량부, 극성 고분자 수지 10 ~ 30 중량부 및 점착부여수지 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 초임계 발포 사출하여 재단한 저비중의 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 본 발명의 출원인에 의해 선등록(등록번호 : 제10-1440110호)된 "동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물"을 상기 겉창 금형에 사출하여 일체형 신발창을 제조함으로써, 겉창과 중창의 조립공정이 생략되어 그 제조공정을 단순화시키고 생산효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 그 경량성과 쿠션성이 우수하며, 아울러, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 제조하기 위한 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 제조 단계에서, 용융 시 극성이 우수한 고분자 수지와 점착 부여수지를 더 혼합함으로써, 상기와 같은 사출 성형 시 발포 중창과의 접착을 더욱 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법을 나타낸 흐름도
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, TPU(thermoplastic polyurethane) 수지를 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조하는 단계(S100) 및 상기 S100 단계를 거쳐 제조된 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 사출하여 일체형 신발창을 제조하는 단계(S200)를 포함하여 구성된다.
상기 S100 단계는, 초임계 발포 사출기를 이용하여 코어-백(core-back)이 가능한 금형에 TPU 수지를 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조하는 단계로써, 비중 0.3 ~ 0.5의 발포체로 사출하며, 비중이 0.3 미만일 경우 신발창의 외형 불량이 발생될 우려가 있으며, 0.5를 초과할 경우 경량화를 구현할 수 없게 될 우려가 있다.
한편, 상기 초임계 발포 사출은 용융된 조성물에 발포제 대신 일정량의 가스(초임계 유체)를 공급하고 실린더 내부에 있는 스크류를 회전시켜 용융된 조성물에 가스를 포함시키고 이를 금형 내부로 밀어내어 압력차를 유발시킴으로써 가스가 압력차에 의해 발포되도록 하는 것으로, 기포가 균일하게 분포되고 마이크로미터 단위의 미세한 기포가 균일하게 분포된 상태로 발포됨에 따라 기계적 강도 뿐만 아니라 경량성을 확보할 수 있는 이미 공지된 방법이다.
따라서, 이미 다양한 초임계 발포 사출기 및 사출조건이 공지되어 있으며, 본 발명에서는 특정 초임계 발포 사출기 및 사출조건에 한정되지 않고 상기 TPU 수지를 초임계 발포 사출할 수 있는 다양한 장치 및 조건을 적용할 수 있으나, 일 실시예로써 뮤셀(MuCell) 사출기(모델명 : PRO300MC, 제조사 : (주) 동신유압)를 이용하여 아래 [표 1]과 같은 조건에서 초임계 발포사출을 진행하였다.
투입량 Solid 대비 약 80% 투입
초임계 유체 농도 0.3%(질소)
초임계 유체 투입 시간 6 sec
유속(Flow rate) 0.82 lbs/hr
용융 압력(Melt pressure) 215kgf
유동 압력(Delivery pressure) 3,500psi
상기 S200 단계는, 상기 S100 단계를 거쳐 제조된 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 사출하여 일체형 신발창을 제조하는 단계로써, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은 본 발명의 출원인에 의해 선등록(등록번호 : 제10-1440110호)된 "동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물"을 적용하되, 사출 성형 시 상기 발포 중창과의 접착을 개선시키기 위하여, 용융 시 극성이 우수한 고분자 수지와 점착 부여수지를 더 혼합하여 사용한다.
구체적으로 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 50 ~ 90 중량% 및 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체에 의해 표면처리된 폴리부타디엔 고무 조성물 10 ~ 50 중량%로 이루어지되, 상기 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물은, 열가소성 탄성체 100 중량부에 대하여, 산화아연 3 ~ 5 중량부, 스테아린산 1 ~ 3 중량부, 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘 5 ~ 50 중량부, 가공유 5 ~ 10 중량부, 아민(amin)계 산화방지제 0.5 ~ 5 중량부, 극성 고분자 수지 10 ~ 30 중량부 및 점착부여수지 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 본 발명에서 사용되는 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물은 상술한 바와 같이 열가소성 탄성체 100 중량부에 대하여, 산화아연 3 ~ 5 중량부, 스테아린산 1 ~ 3 중량부, 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘 5 ~ 50 중량부, 가공유 5 ~ 10 중량부, 아민(amin)계 산화방지제 0.5 ~ 5 중량부, 극성 고분자 수지 10 ~ 30 중량부 및 점착부여수지 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 이루어지는데, 상기 열가소성 탄성체는 폴리에스테르(Ester)계, 폴리에테르(Ether)계 또는 폴리부타디엔(butadiene)계로 이루어진 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 중에서 1종 이상을 선택, 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 산화아연은 가교 속도 조절과 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 산화아연의 사용량이 3 중량부 미만일 경우에는 가교 속도가 떨어져 물성이 저하될 우려가 있고, 5 중량부를 초과할 경우에는 가교 속도가 너무 빨라 도리어 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 스테아린산은 열가소성 탄성체에 첨가된 혼합물을 균일하게 분산시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 스테아린산의 사용량이 1 중량부 미만일 경우에는 첨가된 혼합물이 충분히 분산되지 않을 우려가 있고, 3 중량부를 초과할 경우에는 성형물의 표면에 스테아린산이 용출될 우려가 있다.
상기 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘은 열가소성 탄성체의 물성향상을 위한 충전제로써, 5 ~ 50 중량부가 사용되며, 상기 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘의 사용량이 5 중량부 미만일 경우에는 충전제로써의 효과가 미비하며, 50 중량부를 초과할 경우에는 성형이 원활하지 못할 뿐만 아니라 밀도가 과하게 증가하게 될 우려가 있다.
상기 가공유는 탄성체 조성물의 연질화를 위해 사용되는 것으로, 파라핀 오일(Paraffin oil), 화이트 오일(White oil), 나프텐 오일(Naphthene oil). 아로마틱 오일(Aromatic oil)을 사용할 수 있으며, 상기 가공유의 사용량이 5 중량부 미만일 경우, 연질화 효과가 미비하며, 10 중량부를 초과할 경우, 성형품의 표면으로 가공유의 마이그레이션(migration) 현상이 발생할 우려가 있다.
상기 산화방지제는 우레탄계 열가소성탄성체와의 반응성 및 내열성 개선 효과를 고려하여, 아민(amin)계 내열 산화방지제를 사용하며, 상기 산화방지제의 사용량이 0.5 중량부 미만일 경우, 사출성형 중 변색 또는 표면이 거칠어질 우려가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우, 최종제품에서 산화방지제의 이행현상이 발생할 우려가 있다.
상기 극성 고분자 수지와 점착부여수지는 사출 성형시 상기 발포 중창과의 접착을 개선시키기 위해 첨가되는 것으로, 극성 고분자 수지의 경우 용융시 극성이 우수한 고분자, 예를 들면 산무수물(Acid anhydride), 카르복시산(Carboxylic acid), 이미노(Imino) 및 히드록실기(Hydroxyl)로 개질된 폴리에틸렌(Poly ethylene,PE), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA), 에틸렌-알파-올레핀(Ethylene-a-olefin), 스티렌(Styrene) 수지를 적용할 수 있으며, 점착 부여수지의 경우, 지방족 석유수지계, 방향족 석유수지계, 로진 수지계, 로진 에스터 수지계, 터르펜 수지계, 터르펜 페놀 수지계, 수첨수지계, 알킬 페놀 수지계 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 극성 고분자 수지 및 점착부여수지의 함량이 각각 10 중량부 미만일 경우 삽입된 발포창과 접착 불량이 발생할 우려가 있으며, 각각 30 중량부 및 20 중량부를 초과할 경우, 데브리스 및 미끄러짐 방지 특성이 저하될 우려가 있다.
그리고, 상기와 같이 이루어지는 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물은 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 구성하기 위하여 50 ~ 90 중량%가 사용되는데, 상기와 같은 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물의 사용량이 50 중량% 미만일 경우, 사출성형이 어려워질 우려가 있으며, 90 중량%를 초과할 경우, 후술되어질 폴리부타디엔 고무 조성물의 함량이 상대적으로 감소하여 데브리스를 감소시키지 못할 우려가 있다.
그리고, 폴리부타디엔 고무 조성물은, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물에 적절한 경도 및 쿠션성을 부여하고 데브리스를 감소시키기 위해 첨가되는 것으로, 폴리부타디엔 고무 100 중량부에 대하여, 산화아연 3 ~ 5 중량부, 스테아린산 1 ~ 3 중량부, 보강성 충전제 5 ~ 50 중량부, 비보강성 충전제 5 ~ 50 중량부, 가공유 5 ~ 10 중량부 및 가교제 0.1 ~ 5 중량부를 혼합하여 이루어진다.
여기서 상기 '적절한 경도'란 통상의 신발 겉창으로써 사용될 수 있는 경도를 의미하며, 통상 65 ~ 70A(asker A)을 의미한다.
그리고, 폴리부타디엔 고무는, 시스(cis)함량이 95 ~ 99%인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 시스함량이 95% 미만일 경우, 탄성부여와 내마모성 개선효과가 낮으며, 99%를 초과할 경우, 가공성이 좋지 못해 분산성이 나쁘며, 사출성형이 불가능할 우려가 있다.
여기서, 시스 함량이 99%라는 것은 해당 고무의 전체 분자구조를 100%로 기준하였을 때, 시스 구조(두 치환기가 고리나 이중결합의 같은 편(방향)에 있는 구조)가 상기 전체 분자구조의 99%를 차지함을 의미한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 보강성 충전제는, 기계적 강도와 내마모성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로, 실리카, 나노탄산칼슘, 유기나노클레이, 카본블랙 중에서 1종 이상을 선택, 병용하여 사용할 수 있으며, 상기 보강성 충전제의 사용량이 5 중량부 미만일 경우, 물성개선효과가 나타나지 않을 우려가 있으며, 50 중량부를 초과할 경우, 분산성이 좋지못하고, 흐름성이 저하되어 물성이 오히려 저하되고 사출성형이 불가능할 우려가 있다.
본 발명에서 사용되는 비보강성 충전제는 성형품 수축방지를 위해 첨가되는 것으로 경질 탄산칼슘, 경질 탄산마그네슘, 탈크, 마이카 중에서 1종 이상을 선택, 병용하여 사용할 수 있으며, 상기 비보강성 충전제의 사용량이 5 중량부 미만일 경우, 성형품 수축 방지 효과가 나타나지 않을 우려가 있으며, 50 중량부를 초과할 경우, 물성이 저하되고 사출성형이 불가능할 우려가 있다.
본 발명에서 사용되는 가교제는, 유기과산화물 또는, 유기과산화물과 금속아크릴레이트 혼합계 중 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 유기과산화물은 사이클로헥사논퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 1,3-비스(t- 부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 메틸에틸케폰퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-(t-벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트, a,a'-비스(t-부틸퍼옥시) 디이소프로필벤젠 중에서 1종 이상을 선택, 병용하여 사용할 수 있으며, 상기 유기과산화물과 혼합될 수 있는 금속아크릴레이트는 진크아크릴레이트, 진크메타아크릴레이트, 진크메틸메타아크릴레이트, 진크디메틸아크릴레이트 중에서 1종 이상을 선택, 병용하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 가교제의 사용량이 0.1 중량부 미만일 경우, 가교가 부족하여 성형이 불가능하게 될 우려가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우, 가교밀도가 증가하여 과가교 현상이 발생하며, 이로 인해 정상적인 성형이 어려워질 우려가 있다.
한편, 상기 폴리부타디엔 고무 조성물에 사용되는 산화아연, 스테아린산, 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘, 가공유에 대한 함량 및 임계적 의의에 대해서는 이미 설명하였으므로 생략한다.
한편, 상기와 같이 이루어지는 폴리부타디엔 고무 조성물은 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 구성하기 위하여 10 ~ 50 중량%가 사용되는데, 상기와 같은 폴리부타디엔 고무 조성물의 사용량이 10중량% 미만일 경우, 적절한 경도 및 쿠션성 부여 효과 및 데브리스를 감소효과가 미비해질 우려가 있으며, 50 중량%를 초과할 경우, 상기 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물의 함량이 상대적으로 감소하여 재활용 및 사출성형이 어려워질 우려가 있다.
이때, 상기 폴리부타디엔 고무 조성물은 상술한 바와 같이 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체에 의해 표면처리되는데, 구체적으로 상기 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체는, 상기 폴리부타디엔 고무 조성물 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부가 도포, 침지 또는 분사를 통해 표면처리된다.
상기 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체는 아래 [구조식 1]과 같이, 극성기를 갖는 부분 가교된 아크릴로나이트부타디엔 탄성체로써, 점착 방지 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 극성에 의해 우레탄계 열가소성 조성물과의 친화성을 높여 분산성을 개선시킴으로써, 물성이 향상되며 분말형상의 탄성체가 성형품 표면에 미세하게 분포되어 요철을 형성시킴으로써, 미끄러짐 방지 특성 역시 향상되는 것이다.
[구조식 1]
Figure 112014108526708-pat00001

여기서, 상기 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체의 표면처리량이 10 중량부 미만일 경우, 점착 특성 및 미끄러짐 방지 특성의 향상효과가 미비해질 우려가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우, 데브리스 현상이 발생할 우려가 있다.
한편, 상기와 같이 이루어지는 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물의 사출 성형시 그 조건은 신발창의 형태나 크기 및 해당 신발의 종류별로 다양하게 적용할 수 있으며, 특정 사출 성형조건에 한정하지는 않지만, 통상 배럴(barrel) 온도가 180℃ 이고, 금형이 실온인 조건에서 사출공정을 수행한다.
여기서, 상기 '동적가교'란 하드세그먼트(hard segment)의 열가소성 플라스틱 매트릭스 중에 소프트 세그먼트(soft segment)의 엘라스토머를 가교하여 미세 분산하는 것을 의미하는데, 상기와 같이 이루어지는 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물의 사출 성형시 투입되는 함량 역시 신발창의 형태나 크기 및 해당 신발의 종류별로 다양하게 적용할 수 있으므로, 특정 함량에 한정하지는 않는다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 일체형 신발창의 제조
(실시예 1)
TPU 수지를 상기 [표 1]과 같은 조건으로 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조(S100)한 후, 상기 중창을 겉창 금형에 삽입하고, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 배럴(barrel) 온도가 180℃, 금형이 실온인 조건에서 사출하여 일체형 신발창을 제조(S200)하였다.
이때, 상기 중창은 비중 0.3의 발포체이며, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은, 우레탄계 열가소성 탄성체 중 에테르(Ether) 구조와 경도 90A인 수지 100중량%로 이루어진 기재 100중량부에 대하여 산화아연 5 중량부, 스테아린산 3 중량부, 경질 탄산칼슘 50 중량부, 가공유 10 중량부, 아민계 산화방지제 5 중량부, 극성 고분자 수지로써 개질된 에틸렌비닐아세테이트 수지 30 중량부 및 로진계 점착부여수지 20 중량부를 첨가하여 190℃의 니이더에서 약 20분 정도 혼련해 우레탄계 탄성체 조성물을 제조하였다. 그리고, 폴리부타디엔 고무 중 시스함량이 98%인 고무 100중량%로 이루어진 기재 100중량부에 대하여 산화아연 5 중량부, 스테아린산 1 중량부, 보강성 충전제인 실리카 50 중량부, 경질 탄산칼슘 50 중량부, 가공유 10 중량부, 유기과산화물 2.5 중량부, 진크아크릴레이트 2.5 중량부를 첨가하여 90℃의 니이더에서 약 20분 정도 혼련 후 압출기에서 압출을 통해 폴리부타디엔 고무 조성물을 제조하였다. 이때 폴리부타디엔 고무 조성물 100중량부에 대하여 분말형상의 극성기를 갖는 부분 가교된 아크릴로나이트부타디엔 탄성체 10 중량부로 압출물 표면을 처리해 표면점착이 낮아진 폴리부타디엔 고무 조성물을 제조하였다. 그리고, 우레탄계 탄성체 조성물 50중량%와 폴리부타디엔 고무 조성물 50중량%로 이루어진 기재 100 중량부를 배럴(barrel) 온도가 200℃로 설정된 이축압축기에서 동적 가교 및 반응 압출시킨 것을 사용하였다.
(실시예 2)
TPU 수지를 상기 [표 1]과 같은 조건으로 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조(S100)한 후, 상기 중창을 겉창 금형에 삽입하고, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 배럴(barrel) 온도가 180℃, 금형이 실온인 조건에서 사출하여 일체형 신발창을 제조(S200)하였다.
이때, 상기 중창은 비중 0.5의 발포체이며, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은, 우레탄계 열가소성 탄성체 중 에스테르(Ester) 구조와 경도 85A인 수지 100중량%로 이루어진 기재 100중량부에 대하여 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 경질 탄산칼슘 5 중량부, 가공유 5 중량부, 아민계 산화방지제 0.5 중량부, 극성 고분자 수지로써 개질된 스티렌 수지 10 중량부 및 로진계 점착부여수지 10 중량부를 첨가하여 190℃의 니이더에서 약 20분 정도 혼련한 후 우레탄계 탄성체 조성물을 제조하였다. 그리고, 폴리부타디엔 고무 중 시스함량이 98%인 고무 100중량%로 이루어진 기재 100중량부에 대하여 산화아연 3 중량부, 스테아린산 3 중량부, 보강성 충전제인 실리카 5 중량부, 비보강성 충진제 5 중량부, 경질 탄산칼슘 5 중량부, 가공유 5 중량부 및 유기과산화물 0.05 중량부, 진크아크릴레이트 0.05 중량부를 첨가하여 90℃의 니이더에서 약 20분 정도 혼련해 폴리부타디엔 고무 조성물을 제조하였다. 이때 폴리부타디엔 고무 조성물 100중량부에 대하여 분말형상의 극성기를 갖는 부분 가교된 아크릴로나이트부타디엔 탄성체 20 중량부로 압출물 표면을 처리해 표면점착이 낮아진 폴리부타디엔 고무 조성물을 제조하였다. 그리고, 제조된 우레탄계 탄성체 조성물 90중량%와 폴리부타디엔 고무 조성물 10중량%로 이루어진 기재 100 중량부를 배럴(barrel) 온도가 200℃로 설정된 이축압축에서 동적 가교 및 반응 압출시킨 것을 사용하였다.
(비교예 1)
특허문헌 1에 따른 일체형 신발창으로써, 하부금형에 TPU 시트를 삽입한 후 상부금형과 하부금형을 150℃에서 3톤의 압력으로 3분간 압축하여 겉창 모양으로 성형하고, 겉창의 모양이 완성된 후 상부금형을 열고 중창용 금형을 위치시킨 후 겉창용 금형 뚜껑을 연 후 겉창의 상부(중창과 접착하는 부분)에 트리클로로이소시아누릭산 프라이머 및 폴리우레탄 접착제를 도포하고 중창의 발포 폴리우레탄으로 반응할 수 있는 폴리올과 이소시아네이트 혼합 원액을 중창용 금형 내부에 넣은 후 중창용 금형의 뚜껑을 닫고 폴리우레탄으로 붕합 발포될 수 있도록 150℃로 20분간 금형을 가열하여 붕합발포시킨 후, 냉각과정을 거쳐 일체형 신발창을 제조하였다.
2. 일체형 신발창의 평가
상기 실시예 및 비교예에 따른 일체형 신발창을 아래 항목 및 방법에 의해 평가하고 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
1) 경도: 에스커 에이(asker A) 타입의 경도계로 ASTM D-224 방법에 준하여 측정하였다.
2) 비중 : ASTM D-792 방법에 준하여 측정하였다.
3) 쿠션성 : 쿠션성은 BS 903 방법에 준한 반발탄성 측정을 통하여 판단하였으며, 일체형 신발창을 0℃에서 미국 타임테크사(Time Tech Inc.)의 볼탄성 시험기(Ball rebound tester)를 사용하여 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
경도(A형) 66 66 66
비중 0.4 0.5 0.7
쿠션성(반발탄성, %) 62 60 40
상기 [표 2]에서와 같이, 실시예 1 및 2에 따른 일체형 신발창은 비교예 1에 비하여 그 경량성과 쿠션성이 우수할 뿐만 아니라 겉창과 중창의 조립공정이 생략되어 그 제조공정을 단순화시키고 생산효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
아울러, 상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 제조하기 위한 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 제조 단계에서, 용융 시 극성이 우수한 고분자 수지와 점착 부여수지를 더 혼합함으로써, 상기와 같은 사출 성형 시 발포 중창과의 접착을 더욱 개선시킬 수 있도록 함을 다른 과제로 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 일체형 신발창을 상기한 설명 및 도면에 따라 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
S100 : 중창 제조단계
S200 : 일체형 신발창 제조 단계

Claims (4)

  1. 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법에 있어서,
    TPU(thermoplastic polyurethane) 수지를 초임계 발포 사출한 후 재단하여 중창을 제조하는 단계(S100); 및
    상기 S100 단계를 거쳐 제조된 중창을 겉창 금형에 삽입한 후, 상기 겉창 금형에 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 사출하여 일체형 신발창을 제조하는 단계(S200);를 포함하여 구성되며,
    상기 S100 단계는, 초임계 발포 사출기를 이용하여 TPU 수지를 초임계 발포 사출하되, 비중 0.3 ~ 0.5의 발포체로 사출하고,
    상기 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물은, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물 50 ~ 90 중량% 및 분말형상의 아크릴로나이트부타디엔 탄성체에 의해 표면처리된 폴리부타디엔 고무 조성물 10 ~ 50 중량%로 이루어지되, 상기 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 조성물은, 폴리우레탄계 열가소성 탄성체 100 중량부에 대하여, 산화아연 3 ~ 5 중량부, 스테아린산 1 ~ 3 중량부, 경질 탄산칼슘 또는 경질 탄산마그네슘 5 ~ 50 중량부, 가공유 5 ~ 10 중량부, 아민(amin)계 산화방지제 0.5 ~ 5 중량부, 극성 고분자 수지 10 ~ 30 중량부 및 점착부여수지 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 경량성과 쿠션성이 우수한 일체형 신발창의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 따른 제조방법에 의해 제조된 일체형 신발창.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111534081A (zh) * 2020-06-02 2020-08-14 安踏（中国）有限公司 一种具有自然透光性的鞋中底材料及其制备方法

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