KR101677676B1 - 원사 코팅제 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 유기용제를 사용하지 않는 친수성 폴리우레탄 수지를 포함한 원사 코팅제를 제공하는 것이다. 상기한 목적은, 지방족 이소시아네이트 폴리올 25 내지 29 중량%, 트리에칠아민 0.4 내지 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2 내지 4 중량% 및 물 68 내지 70중량%를 혼합한 수분산성 폴리우레탄 수지와; 알칼리계 공중합체화합물 26 내지 32중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1 내지 3중량%, 황산칼륨 0.001 내지 0.2중량% 및 물을 잔부로 혼합한 증점제와; 분산수를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지를 포함한 원사코팅제에 의해 달성된다.

Description

원사 코팅제{YARN COATING}
본 발명은 원사 코팅제에 관한 것이다.
의류, 신발, 가방 및 침대 등에 사용되는 원단은 일반적으로 물이나 오염에 취약하다. 따라서 원단의 재료가 되는 원사를 원사 코팅제를 이용하여 코팅하고, 이 원사를 이용하여 원단을 제조하여 물이나 오염으로부터 원단을 보호한다.
원사를 코팅하는 종래의 원사 코팅제는 유연성, 가공성, 내약품성, 내오염성, 방수성 등이 우수한 폴리우레탄 수지(polyurethane), 실리콘(silicone) 및 염화비닐 수지(poly vinyl chloride) 등과 같은 소수성 재료를 이용하여 제조되었다.
하지만 이러한 재료가 함유된 코팅제로 원사를 코팅할 경우 기존의 소수성 재료를 희석시키기 위한 용제가 톨루엔, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥산 등과 같은 유기용제로 이는 인체 및 환경에 유해하며, 잔류 유기용제에 의해 화재가 발생할 수 있다.
또한 코팅제를 바로 원사에 도포할 경우 원사에 균일하게 도포되지 않아 외관상 미려하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 유기용제를 사용하지 않는 친수성 폴리우레탄 수지를 포함한 원사 코팅제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폴리우레탄 수지가 균일하게 코팅되어 원사 및 원단이 외관상 미려하게 보이는 원사 코팅제를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 지방족 이소시아네이트 폴리올 25 내지 29 중량%, 트리에칠아민 0.4 내지 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2 내지 4 중량% 및 물 68 내지 70중량%를 혼합한 수분산성 폴리우레탄 수지와; 알칼리계 공중합체화합물 26 내지 32중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1 내지 3중량%, 황산칼륨 0.001 내지 0.2중량% 및 물을 잔부로 혼합한 증점제와; 분산수를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지를 포함한 원사코팅제에 의해 달성된다.
상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 5 내지 15중량%, 상기 증점제는 0.001 내지 0.01중량%, 및 잔부는 분산수로 혼합되며, 상기 원사 코팅제 100중량% 대비 수용성 에멀젼이 3 내지 10중량%가 혼합되며, 상기 수용성 에멀젼 100중량% 대비 아크릴 수지 및 폴리올레핀 수지 중 적어도 어느 하나가 0.001 내지 5중량%로 혼합된 것이 바람직하다. 여기서 분산수는 물 또는 증류수를 사용할 수 있다.
여기서, 원사 코팅제는 무기충전제, 부유방지제, 유화제, 습윤제, 분산제, pH 조정제, 안료, 가소제, 발포제, 안정제, 윤활제, 동결방지제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 산화방지제, 방미제, 항균제 중 적어도 어느 하나가 포함된 것이 바람직하며, 상기 원사 코팅제의 점도는 100 내지 300cps인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지를 포함한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 원사 코팅제는 폴리우레탄 수지를 코팅할 때, 유기용제를 배제할 수 있다. 또한, 폴리우레탄 수지가 균일하게 코팅되어 원사 및 원단이 미려하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원사 코팅제 제조방법의 순서도이고,
도 2는 1차 및 2차 코팅된 원사의 단면도이고,
도 3은 융착 전 및 후의 원단의 확대도이다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 원사 코팅제, 원사 코팅제 제조방법, 코팅 원사 및 코팅 원사를 포함한 원단을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 원사 코팅 방법은 먼저 원사 코팅제를 준비한다(S1). 원사 코팅제는 원사의 표면을 매끄럽게 다듬어 정교하고 균일한 표면이 형성되도록 하는 역할을 한다. 여기서 원사는 나일론(nylon), 폴리에스터(polyseter), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아마이드(polyamide), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 등의 합성 원사 및 레이온(rayon), 아세테이트(acetate) 등의 재생원사가 될 수 있다.
원사 코팅제는 수분산성 폴리우레탄 수지를 이용하여 제조한다. 친수성이 아닌 친유성 폴리우레탄 수지를 이용하여 원사 코팅제를 제조할 경우 메틸에틸케톤(methyl ethyle ketone)이나 톨루엔(toluene) 등과 같은 유기용제와 함께 원사에 코팅을 해야한다. 이 경우 원사에 얼룩을 남길 수 있으며 인체 및 환경에 해로운 영향을 끼친다. 뿐만 아니라 잔류 유기용제에 의해 화재가 발생할 수도 있다. 따라서 인체 유해성이 낮으며 친환경 수지인 수분산성 폴리우레탄 수지를 사용하여 원사 코팅제를 제조한다.
수분산성 폴리우레탄 수지는 지방족 이소시아네이트 폴리올 25 내지 29중량%, 트리에칠아민 0.4 내지 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2 내지 4 중량% 및 물 68 내지 70중량%를 혼합하여 조성한다. 여기에 알칼리계 공중합체화합물 26 내지 32중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌황산나트륨 1 내지 3중량%, 황산칼륨 0.001 내지 0.2중량% 및 물을 잔부로 혼합한 증점제를 상기에 조성된 수분산성 폴리우레탄 수지에 분산수와 함께 혼합하여 교반시켜 원사 코팅제를 제조한다.
여기서 수분산성 폴리우레탄 수지는 5 내지 15중량%, 증점제는 0.001 내지 0.01중량%, 잔부는 분산수로 혼합하여 점도가 100 내지 300cps가 되는 원사 코팅제를 조성한다. 수분산성 폴리우레탄 수지의 함유량이 5중량% 미만이면 수지입자가 코팅대상인 원사에 고정되지 않아 원사의 표면을 매끄럽게 하는 역할을 제대로 수행하지 못한다. 또한 수분산성 폴리우레탄 수지의 함유량이 15중량%를 초과할 경우 원사 코팅제의 점도가 높아져 원사에 코팅이 균일하게 이루어지지 않고 굴곡이 생겨 바람직하지 않다.
원사 코팅제에는 수용성 에멀젼이 원사 코팅제의 100중량% 대비 3 내지 10중량%를 추가하여 혼합할 수 있다. 수용성 에멀젼은 원사 코팅제가 원사에 용이하게 접착되도록 바인더 역할이 가능한 아크릴 에멀젼 혹은 폴리올레핀 에멀젼이 바람직하다. 이와 같은 수용성 에멀젼을 원사 코팅제에 추가할 경우 장력과 파단력을 유지하는 고무상의 탄성 피막을 형성할 수 있다. 아크릴 에멀젼과 폴리올레핀 에멀젼은 각각 아크릴 수지와 폴리올레핀 수지가 에멀젼 100중량% 대비 0.001 내지 5중량%가 함유되는 것이 바람직하다.
필요에 따라서 원사 코팅제에는 그 용도에 따라 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 여기서 첨가제는 무기충전제, 부유방지제, 유화제, 습윤제, 분산제, pH 조정제, 안료, 가소제, 발포제, 안정제, 윤활제, 동결방지제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 산화방지제, 방미제, 항균제 등이 될 수 있다.
원사 코팅제를 코팅대상 원사에 1차 코팅한다(S2). 이때 원사 코팅제가 원사에 충분히 스며들 수 있을 정도로 전체적으로 장력 균형을 맞추도록 한다. 원사에 가하는 장력은 원사의 종류에 따라서 변동된다. 경우에 따라서 원사 코팅제가 원사에 잘 스며들 수 있도록 고온 하에서 코팅을 할 수도 있다. 원사 코팅제는 점도가 100 내지 300cps이기 때문에 원사에 굴곡 없이 균일하게 도포된다.
원사 코팅제가 코팅된 원사를 건조한다(S3). 원사 표면에 코팅 처리된 코팅 원사를 130 내지 170℃의 열풍건조기에서 열풍 건조한다. 원사를 건조시키게 되면 원사에 도포된 원사 코팅제에 함유된 수분이 건조되어 수분을 제외한 원사 코팅제만 원사에 코팅된 상태로 남아있게 된다. 원사를 130℃ 미만의 온도에서 열풍건조시킬 경우 건조되는 데 시간이 오래 걸려 원사 제조의 효율성이 떨어지며, 건조 온도를 170℃를 초과할 경우 원사의 변형이 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 경우에 따라서 코팅된 원사를 열풍건조가 아닌 100 내지 130℃의 고온 프레스 공정을 통해서도 건조 가능하다.
열풍건조된 원사는 0 내지 30℃의 수냉 쿨러를 통해 냉각되고, 냉각된 원사는 다시 130 내지 170℃의 열풍건조기를 통해 재건조된다. 이와 같은 공정을 거칠 경우 원사 코팅제 내의 수분이 남아있지 않고 완전히 건조된다. 코팅된 원사는 비교적 거친 표면을 가진 원사의 표면 사이로 원사 코팅제가 침투된 후 건조되어 원사 코팅제에 의해 표면이 매끄럽게 정리된다.
건조된 원사에 열가소성 폴리우레탄 수지를 2차 코팅한다(S4). 열가소성 폴리우레탄 수지는 수분 및 오염에 강하기 때문에 다양한 제품에 있어서 방수 코팅용으로 많이 사용된다. 여기서 열가소성 폴리우레탄 수지는 용제에 희석하지 않는 무용제형을 사용한다. 용제에 희석하는 타입을 사용할 경우 유기용제를 사용하여야 하는데 이 경우 상기와 마찬가지로 인체 및 환경에 유해할 뿐만 아니라, 잔여 유기용제로 인해 화재가 발생할 수 있다. 따라서 용제를 사용하지 않는 무용제형 열가소성 폴리우레탄 수지를 코팅한다. 원사에 2차 코팅되는 열가소성 폴리우레탄 수지는 폴리올 15 내지 25중량%, 1,4-부탄디올 25 내지 35중량% 및 4,4 -메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 40 내지 60중량%로 혼합된다. 2차 코팅은 압출 가공을 하거나 몰딩 가공을 통해 코팅 가능하며, 가공 온도는 160 내지 240℃에서 이루어진다. 가공 온도가 240℃를 초과할 경우 열가소성 폴리우레탄 수지가 분해되기 때문에 그 이하의 온도에서 가공하는 것이 바람직하다.
2차 코팅된 원사를 냉각한다(S5). 고온에서 2차 코팅된 원사를 수냉식 냉각장치를 통해 급속 냉각시켜 원사를 건조시킨다. 열가소성 폴리우레탄 수지는 흡습성이 있기 때문에 급속 냉각기를 통해 수분을 흡수하기 전에 급속 냉각을 시켜야 한다. 경우에 따라서 냉각 전에 열풍건조기를 통해 건조시켜 수분을 일부 제거한 후 원사를 냉각시킨다. 냉각된 원사는 열풍건조기를 통해 수분을 완전히 제거한다.
S1 내지 S5 단계를 통해 얻은 수분산성 폴리우레탄 수지 및 열가소성 폴리우레탄 수지가 코팅된 원사를 이용하여 원단을 제직한다. 이때 원단의 밀도는 원단의 용도에 따라서 조절하여 제직가능하다.
경우에 따라서 제직된 원단에 열롤러를 이용하여 열융착 가공을 수행할 수 있다. 열롤러를 원단에 한쪽 면 또는 양면에 배치한 후 원단이 롤러 사이를 통과하여 원사에 2단계 코팅된 수지가 다시 연화되면서 도 3에 도시된 바와 같이 열융착 가공이 이루어진다. 이러한 방법으로 제조된 원단은 외표면이 전체적으로 코팅된 필름형 원단이 된다.
이러한 원사를 통해 얻는 원단은 원사 코팅제 및 열가소성 폴리우레탄 수지가 코팅되어 방수 피복층이 형성된 상태로 수분이나 오염으로부터 원단을 보호할 수 있다. 뿐만 아니라 원사 자체에 부여하지 못하는 다양한 첨가제를 추가함으로써 기존의 원단들에서 얻지 못하는 다양한 효과를 얻을 수 있다.
또한 유기용제를 쓰지 않기 때문에 인체 및 환경에 무해하며, 원사 코팅제로 원사 표면을 균일하게 코팅함으로써 균일한 표면을 가지며 외관상 미려한 원사 및 원단을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.
(1) 원사 준비 및 본 발명의 원사 코팅제 제조
나일론 210d/36f 원사와 폴리에스테르 원사를 에어텍스쳐링한 원사 및 폴리에스테르 250d, 300d 원사를 정련공정을 거쳐 원사에 부착된 방사오일 등의 이물질을 충분히 제거한다.
지방족 이소시아네이트 폴리올 28중량%, 트리에칠아민 0.7중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 3중량%, 물 68.3중량%를 구성성분으로 하는 수분산성 폴리우레탄 수지를 조성하고, 알칼리계 공중합체화합물 29중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1.5중량%, 황산칼륨 0.1중량% 및 물 69.4중량%로 구성된 증점제를 조성한다.
수분산성 폴리우레탄 수지는 15중량%, 증점제는 0.0075중량% 및 잔부는 분산수로 혼합하여 교반시켜 점도가 150 내지 200cps가 되는 원사 코팅제를 조성한다.
(2) 원사 코팅제 코팅 및 건조
준비된 원사를 크릴에 장치하고, 원사 코팅제를 원사에 도포한 후 원사의 장력을 조절하여 도포한 양이 원사에 충분히 스며들 수 있도록 한다. 원사의 장력은 준비된 원사의 종류에 따라 임의로 조정된다.
코팅된 원사를 130 내지 170℃의 열풍건조기에 60 내지 90초 동안 건조시켜 코팅제 내의 수분을 제거한 후, 수냉식 냉각장치를 통해 원사를 냉각시킨다. 냉각된 원사에 잔여 수분을 제거하기 위해 130 내지 170℃의 열풍건조기에 60 내지 90초 동안 재건조 시켜 원사 코팅제를 경화시킨다. 1차 코팅과정을 거친 원사는 표면에 수분산성 폴리우레탄 수지가 얇게 침투되어 피막을 형성한다.
(3) 용융 압출을 이용한 열가소성 폴리우레탄 수지 코팅 및 건조
무용제형 열가소성 폴리우레탄 수지는 폴리올 20중량%, 1,4-부탄디올 30중량% 및 4,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 50중량%를 160℃의 챔버에서 12 내지 15분동안 중합하여 제조하였다.
제조된 열가소성 폴리우레탄 수지를 호퍼에 투입하고, 호퍼와 연결된 용융 압출기를 통해 원사와 함께 요구하는 규격의 스핀홀을 통해 압출된다. 압출되는 폴리우레탄 수지는 중앙영역에 원사가 배치되며 원사 주위를 둘러싸도록 코팅되는 형태로 사출된다. 이때 압출기의 용융 온도는 180 내지 200℃로 조절하여 열가소성 폴리우레탄 수지 및 원사를 사출시킨 후 곧바로 수냉식 냉각장치를 거쳐 건조시킨다. 열가소성 폴리우레탄 수지는 흡습성이 있기 때문에 예비건조가 필요하나 급속 냉각으로 처리하여 해결하였다.
냉각 후 원사는 130 내지 170℃의 열풍건조기에 60 내지 90초 동안 완전히 건조시킨다. 이와 같은 공정을 통해 제조된 원사는 도 2에 도시된 바와 같이 표면이 불균일하지 않고 매끄럽다.
(4) 원단 제조
상기와 같은 원사를 직기를 이용하여 250d의 폴리에스테르 원사를 경사 및 위사의 인치당 36 본을 최적으로 원단 제직을 시행하였다. 열가소성 폴리우레탄 수지가 코팅된 원사는 논슬립성으로 인해 제직이 용이하지 않았으나, 수용성 오일을 처리한 후에는 제직성이 용이해졌다.
(5) 원단 열융착
제직된 원단을 120℃의 제1챔버, 150℃의 제2챔버 및 100℃의 제3챔버 내에서 차례로 건조시켰다. 건조된 원단은 냉각 롤러를 거치면서 최종 제품을 이루었다. 이때 원사의 장력을 균일하게 처리하여 경사 및 위사의 방향이 흐트러지지 않고 직각형태를 유지하도록 하였다.
이후 95 내지 115℃의 열롤러를 이용하여 실온의 구동롤러와 고온의 열롤러 사이를 원단이 등속으로 지나가면서 열롤러 방향으로 향한 원단의 면에 부착된 열가소성 폴리우레탄 수지가 연화되도록 하였다. 연화된 열가소성 폴리우레탄 수지는 열융착 가공이 이루어지게 되어 원단에 필름상으로 코팅된다. 이때 필름상의 피복층은 0.01 내지 0.02mm 두께의 초박막 형태를 형성할 수 있다.
필름상으로 코팅된 원단은 냉각 롤러를 거쳐 작업이 완료된 후 상온 또는 냉각실에서 숙성 건조되어 최종 제품이 완성된다.
상기 과정을 거친 원단의 기능성을 확인하기 위해, 표 1 및 2를 통하여 최적의 작업조건을 고찰하였다.
융착온도 및 가압시간에 따른 열융착시험으로 주어진 조건에 따라 조건 1 내지 4를 통해 융착품질 측정결과를 확인할 수 있었다.
열융착시험 측정결과
단위 조건 1 조건 2 조건 3 조건 4
융착온도 ℃ 95 100 115 125
가압시간 sec 15 15 10 8
융착품질 측정결과
조건 1 조건 2 조건 3 조건 4
필름화 상태 ○ ☆ ☆ △
주름 저항성 ○ ○ ☆ △
☆: 우수, ○: 보통, △: 나쁨
상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 조건 1 내지 4의 원단은 열융착 효율이 115℃의 온도에서 10초간 융착한 원단이 필름화 상태가 양호하며, 주름에 대한 저항성도 높아 품질이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. 원사 코팅제에 있어서,
    지방족 이소시아네이트 폴리올 25 내지 29 중량%, 트리에칠아민 0.4 내지 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2 내지 4 중량% 및 물 68 내지 70중량%를 혼합한 수분산성 폴리우레탄 수지와;
    알칼리계 공중합체화합물 26 내지 32중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1 내지 3중량%, 황산칼륨 0.001 내지 0.2중량% 및 물을 잔부로 혼합한 증점제와;
    분산수를 혼합하여 제조되며,
    상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 5 내지 15중량%, 상기 증점제는 0.001 내지 0.01중량%, 및 잔부는 상기 분산수로 혼합되어 점도는 100 내지 300cps인 것을 특징으로 하는 원사 코팅제.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원사 코팅제 100중량% 대비 수용성 에멀젼이 3 내지 10중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 원사 코팅제.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수용성 에멀젼 100중량% 대비 아크릴 수지 및 폴리올레핀 수지 중 적어도 어느 하나가 0.001 내지 5중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 원사 코팅제.
  5. 제 1항에 있어서,
    무기충전제, 부유방지제, 유화제, 습윤제, 분산제, pH 조정제, 안료, 가소제, 발포제, 안정제, 윤활제, 동결방지제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 산화방지제, 방미제, 항균제 중 적어도 어느 하나가 포함된 것을 특징으로 하는 원사 코팅제.
  6. 삭제
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