KR101705176B1 - 폴리우레탄 인조 피혁 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

폴리우레탄 인조 피혁 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조 피혁 및 이의 제조 방법 에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 인조 피혁 제조시 유기 용매의 사용을 수반하지 않는 친환경 및 친위생적 원료 및 제조 방법에 의해 제조된 인조 피혁 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조은 제조시 유기 용제의 사용이 배제된다. 따라서, 제품에 유해유독물질의 잔류량이 대폭 줄어 소비자에게 위생적인 제품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법은 유기 용제를 물로 대체할 수 있고 이면 원단 제조시 함침포의 가성 소다(NaOH) 용출 공정이 필요하지 않기 때문에 작업자가 유기용제 사용에 따른 유해작업환경에 노출되지 않고, 비산물질이나 폐수로 인한 환경오염을 줄일 수 있다. 아울러 가성소다 용출 및 감량 가공으로 인한 원사 손실을 저감할 수 있으며, 이로 인해 생산비용(에너지, 공정 비용)을 출일 수 있다.

Description

폴리우레탄 인조 피혁 및 이를 제조하는 방법{A polyurethane artificial leather and a method for manufacturing the same}
본 발명은 인조 피혁 및 이의 제조 방법 에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 인조 피혁 제조시 유기 용매의 사용을 수반하지 않는 친환경 및 친위생적 원료 및 제조 방법에 의해 제조된 인조 피혁 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다.
풀그레인(FULL GRAIN) 천연 피혁을 대체하는 합성 피혁으로서 P.V.C 인조 피혁, TPO 인조 피혁, 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 인조 피혁 등이 있다. 이 중 대표적인 것이 PU 인조 피혁으로 천연 가죽과 같은 우수한 물성을 가지며 취급이 용이하며 합리적인 가격 등 다양한 장점이 있어 가구용, 차량 내장재용, 신발용 등에 널리 사용되고 있다.
PU 인조 피혁은 폴리우레탄 수지를 이용하여 전사코팅 방법으로 제조한 것으로 그 공정을 간략하게 보면 제조라인에 이형지를 투입하는 단계, 이형지상에 표면 원단용 수지 조성물을 도포하고 건조시키는 단계, 제조된 표면 원단에 접착제 배합물을 도포하고 건조시키는 단계, 이면 원단을 합포하고 권취하는 단계, 숙성실에 일정시간 저장 숙성(완전경화)시키는 단계, 이형지를 박리하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 폴리우레탄 인조 피혁의 단면을 도시한 것으로 표면 원단, 접착층 및 이면 원단을 포함하며, 각각 표면 원단, 접착층 및 이면 원단의 제조시 유기 용제의 사용이 수반된다. 이러한 폴리우레탄 인조 피혁 및 이의 제조 방법은 유기 용제의 사용으로 인한 인체 위해성이나 환경 오염과 같은 문제점을 내포하고 있다.
구체적으로, 폴리우레탄 인조 피혁은 이면 원단으로 부직포가 사용되며 부직포의 공극을 충진하기 위해 폴리우레탄 수지의 함침 공정이 수반된다. 이때 폴리우레탄 수지를 분산 및/또는 용해하기 위한 용매로서 DMF와 같은 유독성 유기 용제가 사용된다. 일반적인 1.3mm 두께의 차량 내장재용 폴리우레탄 인조 피혁에 사용되는 이면 원단 제조의 경우, 1m 당 함침용으로 사용되는 유기 용제의 양은 대략적으로 1000~1700g/54"에 달하는데, 함침 공정에 사용된 유기 용제는 작업장 내로 휘산되어 이에 노출된 작업자가 중독될 수 있으며 이를 방지하기 위해 많은 방지시설, 비용 및 노력과 주의를 기울여야한다.
또한, 종래 부직포로 사용된 해도형 극세원사는 일반적으로 30%의 PET와 70%의 나일론을 포함한다. 이러한 해도형 극세원사는 대략적으로 3.4D/1f이고, 1f당 32개의 도(island) 구조와 각 도성분을 둘러싼 PET 성분의 해(sea) 구조로 되어 있다. 상기 해도형 극사원사로 제편된 부직포는 가성소다(NaOH) 용출 공정을 통해 해성분을 제거하여야 하는데 이는 필라멘트를 0.01~0.1D정도로 극세화하여 부드러운 촉감과 유연도(Softness), 굴곡유연성 특성을 부여하기 위한 것이다.
상기 용출 공정은 부직포를 약 3~4% NaOH 용액에 침지하여 90~95℃ 온도로 2시간 이상 용출처리 하게 된다. 이때 약 30%에 달하는 PET 성분은 용출되어 손실되게 되고 용출 물질 및 잔여 NaOH를 제거하기 위해 산세, 수세공정을 거친 후 건조하게 된다. 이러한 용출공정은 30%의 원사손실은 물론 에너지 소요가 많고 고온의 NaOH액을 취급해야하므로 작업자에게 유해요소가 많으며 용해된 폐수를 처리하는데 많은 비용이 소요된다.
이 밖에도 표면 원단 형성용 수지 조성물이나 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 과정에서도 유기용제의 사용이 문제가 된다. 폴리우레탄을 포함하는 수지 조성물이나 접착제 배합물을 평량하고 준비하는 과정에서 휘발되는 유기 용제는 자연풍의 영향이나, 작업편이성 등으로 외기로 휘산 되어 오염 방지 시설, 국소배기장치를 설치하고 보호구를 착용하는 등의 안전보호조치에도 작업자의 호흡기, 피부 등으로 흡수될 가능성이 많으며 장시간 노출될 가능성이 많다. 또한 생산전체현장에 냄새(악취)로부터 자유롭지 못하다. 또한 인조 피혁 제조 공정 중에 사용되는 폴리우레탄 용액 중의 약 80~40%는 유기용제로 구성되어 인조피혁에 표면원단, 접착제층을 형성한 고형분 외의 유기 용매는 건조실에서 증발되어 손실된다. 증발된 유기 용제는 집진방지시설을 통해 정화된다고는 하나 많은 양이 대기 중으로 휘산되어 환경을 오염을 초래할 수 있다.
이상과 같이 기존의 유기 용제의 사용을 수반하는 폴리우레탄 인조 피혁은 원료로부터 여러 제조 공정을 거치면서 비위생, 반환경적 요소를 내포하고 있으며 이러한 비위생, 반환경적인 여건을 개선해야할 과제이다. 이러한 여러 가지 중대한 문제점을 해결하기 위해 많은 노력이 있어왔으나 일부 단편적인 조처에 불과했다 할 수 있으며 물성의 제약, 감성의 제약, 제조원가의 제약 등으로 통합된 친위생 친환경적 폴리우레탄 인조 피혁 제조가 요청되고 있다.
삭제
등록실용신안공보 20-0383161(2005년 5월 3일) 등록특허공보 10-1261228(2013년 5월 7일)
본 발명은 상기 종래 요청되어온 기술적인 과제를 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 인조 피혁을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 유기 용제를 사용하지 않는 친환경, 친위생적 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 인조 피혁을 제공한다. 본 발명에 따른 인조 피혁은 표면 원단, 접착층 및 이면 원단이 순차적으로 적층되어 구성되며, 상기 이면 원단은 수성 폴리우레탄으로 충진된 부직포인 함침포를 포함하고, 상기 부직포는 분할형 극세사를 포함한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분할형 극세사는 분할 후 단사섬도가 0.1 내지 0.3 데니아인 것이다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 부직포는 부직포 100중량% 대비 30 중량% 내지 60 중량%의 비율로 경편 직물 또는 위편 직물을 포함한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 함침포는 함침포 100중량% 대비 수성 폴리우레탄의 함량이 고형분으로 20 중량% 내지 40 중량%인 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 표면 원단은 수성 폴리우레탄을 포함하며, 상기 수성 폴리우레탄은 분자간 가교 반응에 의한 3차원 망상 구조를 갖는 것이다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 접착층은 무용제형 폴리우레탄을 포함하는 것이다.
또한, 본 발명은 인조 피혁을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 인조 피혁 제조 방법은, (S10) 이면 원단을 준비하는 단계; (S20) 표면 원단을 준비하는 단계; (S30) 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 단계; (S40) 상기 (S20)에서 준비된 표면 원단의 일측 표면에 접착제 배합물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계; 및 (S50) 상기 (S40)에서 형성된 접착층의 표면에 이면 원단을 합포하는 단계;를 포함한다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 (S10) 이면 원단을 준비하는 단계는 (S11) 수성 폴리우레탄을 수성 용매에 분산시켜 함침액을 제조하는 단계; (S12) 상기 (S11) 단계의 함침액에 부직포를 함침하는 단계; (S13) 상기 (S12) 단계에서 함침된 부직포를 건조하여 함침포를 준비하는 단계; 및 (S14) 상기 (S13)에서 준비된 함침포의 표면을 연마하는 단계;를 포함하며, 상기 함침포는 함침포 100 중량% 대비 수성 폴리우레탄의 함량이 고형분으로 20중량% 내지 40중량%인 것이다.
또한, 상기 (S20) 표면 원단을 준비하는 단계는 (S21) 표면 원단 형성용 수지 조성물을 제조하는 단계; (S22) 상기 수지 조성물을 이송 부재용 이형지에 도포하는 단계; 및 (S23) 상기 수지 조성물을 건조하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 표면 원단 형성용 수지 조성물은 폴리우레탄 수분산 에멀젼을 포함하는 것이다.
여기에서, 상기 (S30) 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 단계는 분자쇄 말단에 수산기(-OH)를 갖는 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 및 가교 반응 촉진제를 혼합하고 이를 가온 조건 하에서 용융 및 교반하는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (S40) 단계는 (S41) 표면 원단을 가온시키는 단계;
(S42) 상기 (S41)에서 가온된 표면 원단의 일면에 접착제 배합물을 도포하는 단계;
(S43) 접착제 배합물의 가교 반응을 진행하는 단계; 및 (S44) 접착제 배합물이 도포된 표면 원단을 냉각시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 가교 반응 촉진제는 80℃ 이상의 온도에서 활성을 나타내는 열반응형 성분을 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 접착제 배합물은 50℃ 내지 80℃의 온도로 가온되는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, (S60) 상기 (S50)에서 수득한 인조 피혁을 상온에서 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조은 제조시 유기 용제의 사용이 배제된다. 따라서, 제품에 유해유독물질의 잔류량이 대폭 줄어 소비자에게 위생적인 제품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법은 유기 용제를 물로 대체할 수 있고 이면 원단 제조시 함침포의 가성 소다(NaOH) 용출 공정이 필요하지 않기 때문에 작업자가 유기용제 사용에 따른 유해작업환경에 노출되지 않고, 비산물질이나 폐수로 인한 환경오염을 줄일 수 있다. 아울러 가성소다 용출 및 감량 가공으로 인한 원사 손실을 저감할 수 있으며, 이로 인해 생산비용(에너지, 공정 비용)을 출일 수 있다.
도 1은 종래 폴리우레탄 합성 피혁의 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 폴리우레탄 합성 피혁의 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 폴리우레탄 합성 피혁을 제조하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 합성 피혁 제조 방법을 개략적으로 도식화 하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 가온 시스템을 도시한 사진이다.
도 6은 해도형 극세사의 원사 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 분할형 극세사의 원사 단면 구조를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 인조 피혁에 대한 것이다. 상기 폴리우레탄 인조 피혁은 제조 공정 중 유기 용제의 사용이 배제되므로 유기 용제로 인한 VOCs의 배출이 적은 친위생적 및 친환경적인 제품 생산이 가능하다.
또한, 본 발명은 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 인조 피혁의 제조 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁의 제조 방법은 가성 소다 용출 공정이 필요하지 않아 원사 손실이 적고 폐수 발생량이 감소된다. 아울러 제조 공정에 있어서 유기 용제를 사용량이 극소화됨으로써 친위생적 및 친환경적 제조 공정을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 PU 인조 피혁의 단면을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 PU 인조 피혁은 표면 원단, 접착층 및 이면 원단이 순차적으로 적층된 것이다. 다음으로 상기 표면 원단, 접착층 및 이면 원단에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 이면 원단은 수성 폴리우레탄으로 충진된 부직포인 함침포를 포함한다.
본 발명에 따른 PU 합성 피혁은 수지 충진된 함침포가 포함된 이면 원단을 사용함으로써 PU 인조 피혁이 천연 피혁과 같은 외관과 충진감을 갖고 인장강도, 인열강도 등 기계적 물성을 보완할 수 있도록 한다. 또한, 상기 충진 수지로는 수성 폴리우레탄이 사용된다. 따라서, 함침포 제작시 수성 폴리우레탄 분산액의 용매로 유기 용제의 사용이 수반되지 않으므로 VOCs 비산이 저감된 친환경적 제품의 생산이 가능하다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 함침포는 함침포 100 중량% 대비 수성 폴리우레탄의 함량이 고형분으로 20 중량% 내지 40 중량%인 것이다. 상기 수성 폴리우레탄 함량이 전술한 범위에 미치지 못하는 경우에는 제조된 인조 피혁에서 소망하는 수준의 기계적 강도를 달성할 수 없으며, 반대로 40%를 지나치게 초과하는 경우에는 유연도가 저하되어 천연 피혁과 같은 외관 형성이 어려우며 쉽게 균열이 발생할 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 부직포는 분할형 극세사를 포함한다.
전술한 바와 같이 종래 폴리우레탄 인조 피혁의 이면 원단 제조용 부직포는 해도용 극세원사를 포함하는 것으로 이면 원단 제조시 가성소다 용출 공정이 필수적으로 수반되었다. 이에 따라 종래 이면 원단 제조 공정에서는 원사의 손실이 발생하고 용출 물질 및 잔여 가성 소다의 제거를 위한 추가 공정이 필수적이었다.
본 발명은 이면 원단 제조용으로 분할형 극세사를 포함하는 부직포를 사용함으로써 제조 공정을 단순화시키고 친위생적 및 친환경적인 제품 생산이 가능하다.
상기 분할형 극세사는 PA/PET로 대표되는데 이는 여러 모양의 방사형태로 구성되어 이성분이 접면 또는 적층하여 있는 상태에서 물리적 외력에 의해 분리 극세화되는 것이다. 분할 극세화가 용이하려면 작은 외력에도 쉽게 분리되어야 하지만 부직포 제편공정을 감안하여 적정한 분할도를 가지는 원사의 선정이 필요하다.
본 발명의 구체인 일 실시양태에 있어서, 상기 분할형 극세사는 분할 후 단사섬도가 0.1 내지 0.3 데니아인 것이다.
상기 분할도가 지나치게 높으면 크림핑(Crimping), 커팅(Cutting)공정 및 취급과정에서 단사의 끝부분 등이 일부 분할되어 있어 카딩(Carding), 크로스 래핑(Cross lapping)시 에러를 일으키고 또한 니들 펀칭(needle punching)시 분할이 과도하게 일어나 결속이 되지 않으며 니들(needle)의 충격으로 원사가 파손되어 강도는 저하된다. 또한 결속이 적절히 되지 않으므로 소망하는 수준의 겉보기 밀도를 맞추기 어렵고 이런 경우 후속공정에서도 형태변형이 쉽게 일어나 후속 가공이 어려워 다양한 용도의 제품으로 개발 사용하기 어렵다.
본 발명에서 원활한 분할사 부직포 제편을 위해 카딩(Carding)공정에서 물리적 부하를 최소화 할 필요가 있어 메인실린더와 워커(worker)사이의 속도차를 500m/min이하로 유지하고 워커와 스트리퍼(stripper)의 속도차도 10%넘지 않도록 하여 약 20%미만의 분할이 일어나도록 하였다. 또 펀칭(punching)공정에서 펀칭(punching stroke)를 총 침밀도(ppsc : punching per square meter)를 1600정도로 하여 약 30%의 분할이 일어나도록 관리하였다. 한편 분할사를 카딩(Carding)한 후 설계한 양대로 크로스 래핑(Cross lapping)한 다음 고중량 경편직물을 삽입하고 후속으로 니들 펀칭(needle punching)하여 분할을 최소화하면서 부직포를 제편한다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 부직포는 부직포 100중량% 대비 30 중량% 내지 60 중량%의 비율로 경편 직물 및/또는 위편 직물을 포함한다.
부직포에 경편 직물 및/또는 위편 직물을 삽입하는 것은 분할형 극세사의 분할 때문에 필라멘트의 결속이 잘 되지 않는 점을 보완하기 위한 것이다. 이러한 경편 직물 및/또는 위편 직물은 일종의 뼈대를 형성하고 이를 중심으로 분할사를 교락시킴으로써 적은 외력으로 소망하는 수준의 밀도를 갖는 분할형 극세사 부직포를 얻을 수 있다.
특히, 경편 직물은 사방신축성이 있으며 굴곡성이 좋아 위편 직물 삽입 시 발생되는 유연도(Sofrness)저하, 신율제한 등의 문제가 없어 부직포 본래의 특성을 저하시키지 않으며 전체 부직포 중량의 30~60%를 차지하면서 직물자체의 고밀도로 인해 충진감이 뛰어나 천연피혁질감을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 표면 원단(스킨층)은 폴리우레탄 수지를 포함하며, 바람직하게는 수성 폴리우레탄 수지를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지는 분자간 가교 반응에 의한 3차원 망상 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분자간 가교 반응은 40 ℃ 이상의 온도에서 수성 PU 수지의 분산 상태의 안정도가 저하되어 발생되는 것일 수 있다. 또한, 상기 표면 원단은 인장 강도 등 기계적 물성이나 천연 피혁과 같은 자연스러운 촉감을 나타내기 위해 평활제(leveling agent), 증점제 등과 같은 적절한 첨가제가 더 포함될 수 있다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 접착층은 폴리우레탄 수지를 포함한다. 상기 접착층은 바람직하게는 무용제 접착 방식에 의해 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 양태에 있어서, 상기 접착층은 열반응형 가교 반응 촉진제가 포함될 수 있다. 상기 열반응형 가교 촉진제는 일정한 온도 조건이 만족되면 활성화되어 단량체의 가교를 촉발하는 것이다. 상기 무용제 접착 방식에 대해서는 본 명세서의 후단에 기술된 제조 방법을 참조할 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 상기 폴리우레탄 합성 피혁을 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 합성 피혁을 제조하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 합성 피혁 제조 방법은 이면 원단을 준비하는 단계(S10); 표면 원단을 준비하는 단계(S20); 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 단계(S30); 상기 (S20)에서 준비된 표면 원단의 일측 표면에 접착제 배합물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계(S40) ; 및 상기 (S40)에서 형성된 접착층의 표면에 이면 원단을 합포하는 단계(S50);를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 (S10) 내지 (S30)은 특별한 순서에 구애받는 것은 아니며 이 중 어느 단계를 먼저 수행하여도 된다.
다음으로 각각의 단계를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 이면 원단을 준비하는 단계(S10) 는 수성 폴리우레탄을 수성 용매에 분산시켜 함침액을 제조하는 단계(S11) ; 상기 (S11) 단계의 함침액에 부직포를 함침하는 단계(S12); 상기 (S12) 단계에서 함침된 부직포를 건조하여 함침포를 준비하는 단계(S13) ; 및 상기 (S13)에서 준비된 함침포의 표면을 연마하는 단계(S14)를 포함한다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 함침액은 30% 폴리우레탄 수분산액에 물 등 수성 토너를 혼합하여 준비될 수 있다. 바람직하게는 함침포에 부착(add on)되는 폴리우레탄 수지의 함량이 함침포 100 중량% 대비 수성 폴리우레탄의 함량이 고형분으로 20중량% 내지 40중량%이 되도록 도포량을 적절하게 조절한다.
이러한 수분산액을 이용한 함침포 충진 공정은 습식 함침법에 비해 매우 간단하고 친위생 친환경적이며 에너지 비용이 적게 드는 장점이 있다. 반면 수성 폴리우레탄 함침 후 베이스(BASE)의 성상은 일반적으로 유기 용매를 이용한 함침 공정에 비해 충진감이 떨어지고 뻣뻣한 느낌이 많고 또 공정관리에 따라 액 쏠림이 심하게 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 상기 함침액에 적절한 충진제를 첨가하여 충진성을 높일 수 있다. 이러한 충진제로는 탄산칼슘이나 목분 등이 사용될 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 충진제의 침전을 방지하기 위해 프리 믹싱(Pre-mixing)을 하거나 함침조에 액을 연속 순환시킨다. 또 유연도(Softness)를 유지하기 위해 약 100℃ 또는 그 이하의 온도에서 건조하여 수성 폴리우레탄의 과도한 경화를 방지하고 표면과 이면을 교차건조 진행하여 액쏠림을 방지한다. 이러한 방식으로 이면 원단을 제조함으로써 종래 공정과 비교했을 때 매우 유연하면서 촉감이 부드러운 함침포를 얻을 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 충진제는 폴리우레탄 100 중량% 대비 5 중량% 내지 30 중량%의 범위로 포함될 수 있다.
상기 단계들을 통해 함침포가 건조된 후 건조된 함침포의 표면을 샌드 페이퍼 롤(Sand paper Roll)과 같은 연마 부재로 연마하여 물리적으로 분할한다. 상기 연마 공정은 후속적으로 이루어지는 표면 원단의 무용제 코팅(건식 코팅)의 원활한 진행 및 폴리우레탄 합성 피혁 제품에 천연가죽과 유사한 질감을 부여를 위한 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 함침포의 양 표면 중 최종 생산되는 합성 피혁의 이면을 형성하는 일측 표면은 120~200#, 그리고 표면 원단과 합포되는 타측 표면은 60~120#의 샌드 페이퍼 롤로 버핑(buffing)하여 분할한다. 본 발명에 있어서, 상기 일측 및 타측 표면은 동시에 교차하여 연마될 수 있다. 이와 같이 표면 처리된 이면 원단은 충진된 폴리우레탄 및 원사의 용출 손실이 없어 천연가죽의 충만된 질감과 부드러움을 유지할 수 있다.
다음으로, 상기 표면 원단을 준비하는 단계(S20)는 표면 원단 형성용 수지 조성물을 제조하는 단계(S21); 상기 수지 조성물을 이송 부재용 이형지에 도포하는 단계(S22); 및 상기 수지 조성물을 건조하는 단계(S23);를 포함한다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 표면 원단 형성용 수지 조성물은 폴리우레탄 수분산 에멀젼을 포함한다. 상기 수분산 에멀젼은 수용액 중 합성된 폴리우레탄 수분산 에멀젼 또는 폴리우레탄 분말을 수용액 중 분산시킨 분산액일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 폴리우레탄은 40 ℃ 이상의 온도에서 폴리우레탄의 분산 상태의 안정도가 저하되고 이에 따른 분자간 가교 반응에 의한 3차원 망상 구조를 갖는 것이다. 또한, 상기 수지 조성물은 표면 원단의 인장 강도 등 기계적 물성이나 천연 피혁과 같은 자연스러운 촉감을 나타내기 위해 평활제(leveling agent), 증점제 등과 같은 적절한 첨가제가 더 포함될 수 있다. 상기 수지 조성물에서 첨가제의 양은 폴리우레탄 수지 고형분 100중량% 대비 1 중량% 내지 7 중량%의 범위로 포함될 수 있다.
상기와 같이 준비된 수지 조성물은 이형지와 같은 지지체에 도포되고 건조된다. 상기 건조는 바람직하게는 130~145℃의 온도 조건에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 표면 원단의 제조 공정에서도 유기 용제류를 사용하지 않는 수지 조성물이 사용됨으로써 작업환경의 위해성이나 환경오염에 대한 우려가 매우 낮다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 합성 피혁의 제조 공정에 있어서 표면 원단을 성형하고 지지하기 위한 이형지의 사용이 수반될 수 있다. 전술한 방법에 따라 준비된 표면 원단은 이형지에 지지한 상태로 합포 공정에 투입되며, 이형지는 이후 적절한 단계에서 제거될 수 있다.
다음으로 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비한다(S30). 상기 접착제 배합물은 분자쇄 말단에 수산기(-OH)를 갖는 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 및 가교 반응 촉진제를 포함하는 혼합물이며, 상기 혼합물을 가온 조건 하에서 용융 및 교반하여 접착제 배합물을 준비한다.
상기 접착제 배합물은 말단에 수산기(-OH) 치환된 우레탄 프리폴리머를 가열 용융시킨 다음 보온 용기 속에서 적정 온도로 유지시킨다. 상기 유지 온도는 50℃ 내지 80℃인 것이 적절하다. 또한, 이소시아네이트계 화합물과 가교 반응 촉진제도 보온 용기 내에서 적정 온도로 유지시킨다. 이후 상기 각 성분을 믹싱 장치에 일정한 양으로 정량 투입한 후 교반하여 접착제 배합물을 제조한다. 상기 제조된 접착제 배합물을 코팅 뱅크에 보관될 수 있다.
믹싱 장치에서 프리폴리머와 이소시아네이트가 교반될때 용매가 없으므로 완충작용이 없어 급격한 반응이 일어날 수 있다. 통상적으로 유기 용매를 첨가하지 않는 무용제계 접착 바인더는 가사 시간이 약 7분 정도로 가사 시간의 연장에 기술적 제한이 있다. 이는 용제계 접착제의 가사 시간이 60분 이상으로 관리되는 것에 비해 매우 짧은 편이다.
일반적으로 인조 피혁 제조시 접착제 배합물을 코팅 뱅크(bank)에 일정량 투입하고 토출구를 통해 도포한다. 이때 먼저 투입된 접착제 배합물과 나중에 투입된 접착제 배합물이 롤링(rolling)되어 섞여 도포된다. 이때 가사 시간이 짧을수록 혼합 불균일, 액 엉김, 선 발생. 도포 불균일 등의 다양한 작업 불량이 일어날 수 있으며 이는 접착제 배합물의 코팅 뱅크 내 체류시간이 길수록 더욱 심하게 일어난다. 특히 무용제계 폴리우레탄 접착제의 경우에는 가사 시간이 매우 짧고 외기 온도변화에 예민하게 성상이 변하므로 일반 용제계 접착제와 같은 방법으로는 코팅 작업의 애로사항을 피할 수 없다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 가교 반응 촉진제로서 열반응형 가교 반응 촉진제를 사용할 수 있다. 상기 열반응형 가교 반응 촉진제는 가교 활성 성분이 피막으로 밀봉되어 있는 캡슐형 제제이다. 본 발명에 있어서, 상기 열반응형 가교 반응 촉진제는 약 80℃ 이상, 바람직하게는 120℃~140℃에서 캡슐이 파괴되면서 캡슐 내부의 가교 활성 성분이 누출되어 접착제 배합물 중에서 우레탄의 가교 활성을 촉진시킨다.
상기 열반응형 가교 반응 촉진제는 믹싱 후 도포될 때 까지 접착제 배합물 내에서 가교 촉진 반응을 개시하지 않기 때문에 급격한 반응을 지연시켜 점도 상승 및 액 엉김현상, 줄무늬 발생 등의 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 접착제 배합물의 온도를 적절하게 제어하여 상기 가교 반응 촉진제가 접착제 배합물 도포 후 경화 단계에서 작용하도록 함으로써 적시에 적절한 작용을 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 접착제 배합물은 난연제, 안료 등의 첨가제를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 접착제 배합물 100 중량% 대비 10 중량% 이내로 포함되는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 (S20) 단계에서 준비된 표면 원단의 일측 표면에 접착제 배합물을 도포하여 접착층을 형성한다(S40).
상기 (S40) 단계를 더욱 자세하게 설명하면, 표면 원단을 가온시키는 단계(S41); 상기 (S41)에서 가온된 표면 원단의 일면에 접착제 배합물을 도포하는 단계(S42) ; 접착제 배합물의 가교 반응을 진행하는 단계(S43); 및 접착제 배합물이 도포된 표면 원단을 냉각시키는 단계(S44);로 진행될 수 있다.
우선, 접착제 배합물을 표면 원단에 도포하기 전 표면 원단을 소정의 온도로 가온시킨다(S41). 상기 접착제 배합물은 고형분을 용융하여 준비된 것으로서 물질의 성상 변화에 완충 작용을 할 수 있는 유기 용제가 포함되지 않아 성상 변화에 예민하며 특히 온도 변화에 따라 급격한 상변화가 일어날 수 있다. 우레탄 프리폴리머는 상온에서 고상으로 존재하지만 가온하면 용융되어 액상으로 변하면서 심한 점도차를 나타내낸다. 이러한 성질로 인하여 가온하여 액상으로 존재하던 접착제 배합물이 상온에 노출되면 온도가 낮아지면서 급격히 점도가 올라가게 된다. 특히 동절기에 인조 피혁 제조 현장의 기온이 낮거나 또는 공급되는 표면 수지 등 피도포물의 온도가 낮으면 접착제 배합물과 피도포물의 접촉시 접착제 배합물이 식으면서 점도가 급상승하여 작업 균일성이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해 피도포물인 표면 원단의 온도를 도포되는 접착제 배합물의 온도와 유사한 온도로 유지되도록 가온하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구체적인 일 실시 양태에 따르면 상기 표면 원단은 접착제 배합물의 온도(A) ± 30℃의 범위로 유지되도록 가온될 수 있다. 바람직하게는 A-30℃ 내지 A+10℃ 범위, 더욱 바람직하게는 A-20℃ 내지 A+10℃, 가장 바람직하게는 A-10℃ 내지 A+10℃의 범위로 유지되도록 가온될 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 가온은 표면 원단을 이송하는 이송 부재에 의해 수행될 수 있다. 필요에 따라서 상기 이송 부재는 상기 표면 원단의 가온을 위해 온도 조절 장치가 구비될 수 있다. 상기 표면 원단을 배합물 도포 장치로 이송하는 이송 부재를 가열하여 간접적으로 표면 원단이 가온되도록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 표면 원단은 원단 이송 부재(104)에 의해 접착제 배합물 도포 장치로 이송되며 상기 이송 부재는 표면 원단의 가온을 위한 가온 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 가온 시스템은 이송 부재에 포함된 원단 이송 롤러에 인시튜(in-situ)로 설치되거나 별도의 장치로 설치될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 가온 시스템은 배합물 도포 장치 전에 소정의 위치에 설치될 수 있다. 상기 가온 시스템은 표면 원단이 평면상으로 안착될 수 있는 평면 지지대로서 지지대에 매설된 파이프를 통해 온수를 순환시키는 온수 순환 장치를 구비할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 가온 시스템은 약 50℃ 내지 90℃의 온도로 조절되는 것이 바람직하며, 상기 온도 조절을 위해 추가적으로 온도 조절 장치가 구비될 수 있다. 또한, 상기 원단 이송 부재는 사행을 방지하기 위한 백업 롤러가 더 구비될 수 있으며, 이때 상기 백업 롤러에도 가온 장치가 구비될 수 있다. 도 5는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에서 사용될 수 있는 가온 시스템을 도시한 사진이다.
상기와 같이 피도포물인 표면 원단이 접착제 배합물과 유사한 온도로 준비됨으로써 접착제 배합물이 대기온에 노출되거나 피도포물에 접촉되면서 일어날 수 있는 급격한 온도 저하에 따른 점도상승을 막을 수 있으며 뱅크에 체류하고 있는 접착제 배합물의 보온도 유지할 수 있다.
다음으로 상기 가온된 표면 원단의 일면에 준비된 접착제 배합물을 도포하고(S42) 접착제 배합물의 가교 반응을 수행한다(S43). 상기 접착제 배합물의 도포는 원단 표면에 고르게 접착제 배합물을 도포할 수 있는 것이면 특정 방법으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 콤마 나이프를 이용할 수 있다.
또한, 상기 접착제 배합물이 도포된 표면 원단은 접착제 배합물의 가교 반응을 수행하기 위해 가열된다. 상기 가열은 80℃ 내지 150℃ 인 것이 바람직하다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 표면 원단은 가열을 위해 준비된 열실로 이송될 수 있으며, 상기 열실은 상기 표면 원단의 가온을 위해 가열 장치 및 온도 제어 장치가 구비되는 것이 바람직하다. 이 단계에서 전술한 가교 반응 촉진제가 활성화되어 접착제 배합물의 가교 반응이 수행된다.
다음으로 상기 가교 반응이 수행된 표면 원단을 냉각한다(S44). 피도포물에 도포된 접착제가 이면 원단(backing cloth)과 접착력을 유지하기 위해서는 접착제가 적정한 점성(tacky)을 유지해야 함은 물론 접착제가 이면 원단 속으로 흡수되지 않도록 일정한 층을 유지하고 있어야 한다. 일반적으로 접착제 배합물이 도포된 직후는 가교 반응이 적게 일어난 상태로 배합물의 점도가 낮아 이에 바로 이면 원단을 합착 합포시 접착제 배합물이 이면 원단으로 흡수될 수 있고 점성이 낮아 기대하는 접착력을 얻을 수 없다. 종래에는 이러한 문제를 보완하기 도포된 접착제를 적절하게 경화시켜 점도를 조절하였다. 그러나 지나치게 경화가 진행되어 합포하면 접착이 제대로 되지 않아 박리 현상이 생기고 이는 접착력 저하, 스커핑(Scuffing)성 불량이 일어난다. 반대로 경화가 충분히 일어나지 않으면 무용제계 접착제의 응집력이 떨어져 합포 시 접착제가 이면 원단 내부로 흡수해 접착이 되지 않는 현상이 일어난다. 특히 무용제계 접착제인 경우 전술한 바와 같이 반응속도가 지나치게 빠르고 온도변화에 따른 상변화가 심하여 이면 원단을 합포할 수 있는 접착 적정 시간을 조절하기 어려운 문제가 있다. 종래에는 이런 문제를 보완하기 위해 접착제의 두께를 350㎛이상으로 두껍게 도포하는 방법이 있으나 접착층이 너무 두껍게 형성되어 합성 피혁의 물성이나 질감이 저하된다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 접착제 배합물의 가교 반응 수행 후 접착제가 도포된 원단을 냉각한다. 통상적으로 접착제 도포 후에는 주로 가온된 열실을 통과하면서 건조와 경화를 완료하는 방법이 적용되었다. 그러나 본 발명에서는 접착제의 건조 및 경화가 완료되기 전 냉각 단계를 수행하여 접착제를 고화시켜 이면 원단 합포 시 접착제가 원단내로 침투되는 것을 방지하였다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 (S42)에서 도포된 접착제 배합물을 접착에 적절한 상태의 점성을 가질 때까지 가교 반응을 진행시킨 후 저온의 냉각실을 통과시켜 도포된 접착제가 고화되어 필름상의 가성막(假成幕) 상태가 되도록 한다. 이런 가성막 상태로 고화된 접착제는 거동성이 떨어져 이면 원단이 합포될 때 순간적 외압이 있더라도 형태가 유지되어 피도포물 내부로 접착제가 과다하게 침투하지 않는다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 냉각 단계(S44)는 별도로 냉각실을 구비하여 수행할 수 있다. 상기 냉각실은 냉매 또는 냉수를 냉각용 라디에이터로 순환시키며 냉풍을 불어주거나 대기온이 낮은 경우는 자연풍을 이용한다. 상기 냉각실의 온도는 40℃이하로 유지되도록 한다. 바람직하게는 원단을 주위 온도가 5~10℃로 유지된 냉각실에서 1분 이상 유지하도록 한다. 이렇게 냉각처리를 함으로써 합포 전 접착제가 뭉그러짐 없이 점성이 유지 될 수 있다. 본 발명에 있어서, 또 다른 냉각방법으로는 테프론 등 이형성이 좋은 이형제가 코팅된 냉각 드럼(cooling drum)을 설치하고 여기에 냉각수를 순환시키면서 표면을 직접 냉각 처리하여 접착층을 반고체 상태로 형성하는 방법이 있다.
다음으로 상기 냉각된 접착층의 표면에 이면 원단을 합포하여 인조 피혁 구성물을 수득한다(S50). 상기 이면 원단의 합포는 한 쌍의 압착 롤러를 이용하여 접착제가 도포된 표면 원단과 이면 원단을 압착하여 수행될 수 있다. 냉각된 가성막 상태의 접착제는 합포시 이면 원단으로 일부가 침투되어 접착된다. 이때 가성막 상태의 접착제가 이면 원단과 용이하게 접착되도록 순간적 젤(gel) 상태로 만들기 위해 상기 압착 롤러, 특히 하부 롤러를 가온할 수 있다. 이때 온도가 너무 높으면 접착제가 용융되어 원단 속으로 흡수되어 접착이 되지 않고 너무 낮으면 침투되는 액이 적어 박리가 발생할 수 있으므로 가열 온도를 적절하게 제어하는 것이 바람직하다. 상기 압착시 상기 압착 롤러의 표면 온도는 30~60℃가 바람직하다. 도 4의 109는 가온 압착 합포 공정을 나타낸 것이다.
다음으로 상기 인조 피혁 구성물을 냉각시킨다(S60). 종래 용제형 접착제나 무용제형 접착제를 이용한 인조 피혁 제조 시에는 잔여 용제를 휘발시켜 제거하거나 경화를 가속시킬 목적으로 합포 후 바로 가열처리를 수행한다.
그러나 본 발명에서는 합포 후 인조 피혁 구성물을 냉각한 상태에서 숙성시켜 경화를 진행시킨다. 무용제 접착제는 이면 원단의 합포 직후는 경화가 완료되지 않아 접착제층이 형태 안정성이 낮다. 이러한 상태로 고온의 열실에서 재가열되면 상변화가 예민한 무용제형 접착제층이 형태가 다시 뭉그러지거나 접착 지지력이 떨어지고 원단이 롤러에 의해 이송되는 경우에는 장력이나 진동 등의 영향으로 표면 원단과 이면 원단 간에 박리가 발생할 수 있다.
상기 냉각은 냉각 롤러를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 냉각은 상기 인조 피혁 구성물을 상온으로 냉각하는 것이다. 또는 상기 냉각은 상기 냉각 롤러에 의한 냉각과 함께 2~12시간 정도, 바람직하게는 3~5시간 정도 상온에서 보관함으로써 수행될 수 있다.
한편, 합포된 인조 피혁 구성물이 권취 롤러에 권취되는 경우 상기 인조 피혁 구성물은 내외층부에서 높은 장력으로 권취되어 있어 높은 압력을 받고 있다. 이때 곧바로 고온으로 가열되면 접착제층이 연화하여 접착제가 원단내로 침투되어진 상태로 숙성하게 되므로 제품이 딱딱한 촉감을 내거나 두께 저하, 자연스럽지 못한 주름상태를 내게 되며 조악한 제품이 만들어진다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 권취 이후 열처리 없이 상온 냉각한다. 상온에서 냉각 보관하면 무용제 접착수지는 무리한 상변화 없이 반응이 진행되어 일정시간이 지나면 열이나 압력에도 안정한 상태로 된다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 상온 냉각 숙성 과정을 거친 후 추가적으로 80~90℃의 온도에서 가온 숙성하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다.
하기 표 1은 종래의 인조 피혁 제조 공정과 본 발명에 따른 제조 공정의 특징을 비교한 도표이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 인조 피혁은 유기 용제의 사용이 배제되므로 작업 환경이 친위생적이며, 가성 소다나 유기 용제의 배출이 저감되므로 환경 오염의 우려가 매우 낮다. 또한, 가성 소다 용출이나 유기 용제의 건조 등의 공정이 생략되므로 공정이 단축되는 효과를 가져온다. 아울러 종래 해도형 극세사 부직포를 사용하는 것과 달리, 본 발명은 분할형 극세사 부직포를 사용하여 물리적 분할을 적용함으로써 원단이 손실이 방지된다.
기존 인조피혁 본 발명 인조피혁 비고
부직포 원사 해도형 극세사 분할형 극세사
함침수지 유성PU 수성PU 유기용제(DMF)사용배제
친위생 작업환경, 환경오염 배제
함침공정 함침-응고-수세-건조 함침-건조 공정단축
극세화 공정 NaOH감량공정 표면연마공정 감량폐수 없음
감량loss없음(원사)
친환경 친위생 작업
스킨수지 유성(DMF/MEK사용) 수성(H₂O사용) 유기용제 사용배제
친위생 작업환경
환경오염 배제
접착제 수지 유성(DMF/MEK사용) 무용제 수지 유기용제 사용배제
친위생 작업환경
환경오염 배제
숙성 후
잔존용제		 다량 잔존 잔존없음
단면구조 도 1 도 2
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 아래의 실시예와 비교예에서 특별히 설명하지 않는 한 "부" 및 "%"는 중량에 의한다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
1. 재료의 준비
표면 원단, 이면 원단, 및 접착제 배합물을 다음과 같이 준비하였다.
(1) 이면 원단의 준비
분할형 극세사 Co-PET 35/PA 65% 2.4D 16분할 51mm원사를 준비하고 130g/㎡의 경편직물을 삽입하여 펀칭하여 290g/㎡의 부직포를 제조하였다. 상기 부직포를 함침하기 위해 수성폴리우레탄(동성화학, E-6100)/H2O/수성안료(흥인화학: balck 383z)/충진제(CaCO3)가 중량으로 100/150/20/20의 비율로 혼합된 함침액을 제조하였다. 상기 함침액을 이용하여 부직포를 함침시켰으며, 도포량은 함침포 100중량% 대비 22중량%의 고형분이 부착되도록 800g/1m(1mX58'')를 도포하였다. 이를 100℃의 온도 조건에서 길이 60m의 실린더에서 양면 교차 건조 후 110℃의 20m 텐터(Tenter)에서 확폭하고 고정시켰다. 이를 버핑(Buffing)기에서 합포면은 80#, 이면은 150#의 샌드 페이퍼 롤(Sand paper Roll)로 연마하여 이면 원단(109)을 완성하였다.
(2) 표면 원단 형성용 수지 조성물 준비
이송부재용 이형지(101)(AR-100, 일본 아사하 롤, PLAIN TYPE)를 준비하였다. 또한, 표면 원단용 수지 조성액(102)으로서 수성 폴리우레탄(WPU-111, H사) 100 중량부, 수성 토너(흥인화학, black383z) 20 중량부를 혼합하여 준비하였다.
(3) 접착제 배합물의 준비
우레탄 프리폴리머(D-3071, 동성화학) 100 중량부, 가교 반응 촉진제 5중량부(아민/옥탄산염, DSCAT-202, 동성화학), 및 난연제(phosphate계) 5 중량부로 배합하여 60℃~65℃로 가온하여 점도를 약 5500cps로 조절하고, 여기에 이소시아네이트(TDI계, CLA-650, 동성화학)를 40℃~45℃로 가온 하여 점도를 약 4000cps로 조절하였다.
2. 인조 피혁의 제조
도 4과 같이 도포 대상물 가온장치, 냉각실, 가온 압착롤, 냉각롤이 별도로 준비된 건식 코팅 설비를 이용하였다.
(1) 표면 원단의 준비
구비된 설비의 언와인드 장치(unwinder device)에 이형지(101)를 연결하고 각 구동부에서 인취하는 속도로 진행시켰다. 다음으로 제1 코타(coater)에서 표면 원단용 수지액(102)을 코팅 뱅크에 투입하고 콤마 코타와 백업 롤러간 간격을 조절하여 도포 두께가 150㎛가 되도록 코팅한 후 120℃의 열실에서 상기 표면 원단을 건조(103)하였다.
상기와 같이 준비된 이형지 및 표면 원단은 가온장치(104)로 이송된 후 가온되었다. 상기 가온 장치는 폭 45cm 넓이 140cm 높이 5cm의 사각통형으로 보온통에서 가온된 온수가 순환식으로 연속 공급되며 가온 온수통에 설치된 온도 제어 센스에 의해 온도가 관리되도록 하였다. 또한 백업 롤러 내부에도 동일 온수를 순환 공급하여 가온한다. 상기 온수의 90℃로 가온하여 펌프로 순환시켰으며, 이 때 가온판과 백업 롤러의 표면온도는 70℃로 조절하였다. 상기 가온 장치와 표면 원단은 약 4~5초간 접면되고 이 후 표면 원단의 온도는 40℃도 였다.
(2) 접착제 배합물 도포
준비된 우레탄 프리폴리머 혼합액과 이소시아네이트 화합물(105)을 보온된 혼합기에서 연속 혼합하여 표면 원단 위에 공급하고 콤마나이프와 백업 롤러 사이 간격을 110㎛로 하여 도포하였다. 상기 접착제 배합물을 40℃~50℃의 범위에서 관리토출 하였다.
(3) 접착제 배합물의 가교 반응 수행
상기 접착제 배합물이 도포된 표면 원단을 제2 열실(107)로 이송시켰다. 제2 열실의 온도는 130℃~140℃구배로 설정하고 처리시간은 약 2분 30초로 하여 캡슐형 경화 촉진제를 활성화하여 경화를 진행 하였다. 이때 열실 끝에서의 접착제층은 손가락으로 눌러 보았을 때 손가락에 많이 묻어나오는 정도로 점성이 저하된 상태였다.
(4) 접착제 배합물의 냉각
제2열실에서 경화가 어느 정도 진행된 표면 원단을 연속된 별도의 냉각실(108)로 이송하였다. 냉각실은 열실의 간섭 없이 냉풍을 공급하며 냉각수를 이용하였다 본 실시예의 냉풍 온도는 23~28℃였고 처리시간은 약 2분이었다. 냉각실을 나온 접착제층은 손가락으로 눌러 보았을 때 접착제가 묻어나지 않는 약간의 점착성을 갖는 필름 상태였다.
(5) 이면 원단의 합포
냉각된 접착제층 위로 준비된 이면 원단(109)을 공급하여 2개로 구성된 라미네이션롤(lamination roll)(110)사이로 통과시켜 합포하였다. 이때 하부롤은 구비된 가열장치에 의해 가열시켜 하부롤과 표면 원단이 접촉할 때 냉각에 의해 가성막된 접착제층을 순간적으로 젤 상태로 만들어 이면 원단에 적절히 침투 접착력을 제공하였다. 상기 라미네이션 롤 중 하부의 롤은 60℃로 가온하였다.
(6) 냉각 및 상온보관
합포된 합성 피혁은 연속되는 냉각롤(111)을 지나 냉각되고 권취되었다. 권취된 롤(112)을 상온에서 8시간 보관 하였다. 그 이후 85℃에서 추가 숙성하였으며, 이후 2시간 상온에서 냉각하고 이형지를 제거하였다.
(7) 후처리
박리한 제품의 표면은 수성우레탄 처리제를 120메쉬롤로 처리하여 표면 슬립성, 광택 색상을 보정하였다. 배면에는 포스페이트계 난연제를 적정량 처리하였다.
비교예
1. 재료의 준비
표면 원단, 이면 원단, 및 접착제 배합물을 다음과 같이 준비하였다.
(1) 이면원단의 준비
해도형 극세사 Co-PET30/PA 70% 3.4D, 36분할 51mm원사를 준비하고 60g/㎡의 경편직물을 삽입하고 펀칭하여(punching)하여 330g/㎡의 부직포를 제조하였다. 이의 물성을 표 2에 나타내었다. 유성함침액으로서 PU/DMF/유성안료/충진제를 중량비로 100/180/20/20의 비율로 혼합하여 함침액을 준비하였다. 상기 함침액을 약 2,000g/m의 도포량으로 부직포에 함침시키고 길이 약 300m의 습식 제조라인에서 응고 수세후 약 100℃의 실린더(길이 60m길)에서 건조한 후 110℃, 텐터(Tenter, 길이 20m)에서 확폭 건조하여 함침포를 수득하였다. 다음으로 상기 함침포를 가성소다(NaOH)수용액 4%에 90℃온도로 2시간 정도 상압 용출처리하고 개미산 산세처리 및 수세공정을 거친 후 120℃의 텐터(Tenter)에서 건조하였다. 이를 80~120#의 샌드 페이퍼 롤(Sand paper Roll)로 연마하여 이면 원단을 완성하였다.
2. 인조 피혁의 제조
(1) 표면 원단의 준비
구비된 설비의 언와인더 장치(Unwinder device)에 이형지(101)를 연결하고 구동부에서 인취하는 속도로 진행시켰다. 다음으로 표면 원단용 수지 조성물을 준비하였다. 상기 수지 조성물은 유성PU수지(동성화학, D-7000)/메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK)/디메틸포름아마이드(di-Metyl Formamaide, DMF)/유성토너(대성케미컬, DS-240)를 중량비로 100/35/20/30으로 혼합한 것이다. 이를 코타 뱅크에 투입하고 도포 두께가 150㎛되도록 코팅한 후 120℃의 열실에서 건조하였다.
(2) 접착제 배합물 도포
접착제 배합 조성액으로 유성접착제(동성화학:D-7440)/가교제(일삼:CLA-130)/촉진제(동성화학:H-70)/MEK(Methyl Ethyl Ketone) /DMF(di-Methyl Formamide)/난연제(양명유화:W-CU)를 중량으로 100/17/5/17.5/17.5/26의 비율로 혼합하고 이를 코타 뱅크에 공급하고 콤마나이프와 백업롤러 사이의 간격을 180㎛로 하여 상기에서 준비된 표면 원단에 도포하였다. 건조 후 잔존하는 수지 고형분의 중량이 135g/m이 되도록 하였다.
(3) 접착제 배합물 건조 및 가교진행
접착제가 도포된 표면 원단을 80℃-100℃-110℃-120℃순으로 세팅된 열실을 통과시켜 접착제를 건조 경화시켜 접착성을 부여하였다.
(4)이면 원단의 합포
준비된 이면 원단을 건조 경화된 접착층위로 공급하고 한 쌍으로 구성된 라미네이션 롤(lamination roll)사이로 통과시켜 이면 원단과 표면 원단을 합포하였다.
(5) 권취 및 숙성
합포된 합성피혁은 연속되는 40℃의 열실을 통과 후 권취하고 85℃의 숙성실에서 숙성 후 냉각하고 이형지를 박리 제거하였다.
(6)후처리
박리된 제품의 표면을 우레탄처리제로 처리하여 표면 슬립(slip)성, 광택, 색상을 보정하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 합성 피혁의 물성을 하기 표 2에 비교하여 나타내었다.
비교예에 따른 인조 피혁 본 발명에 따른 인조 피혁
원료명 해도형극세사 분할형극세사
원사조성 원사구성 Co-Polyester 30%+
Polyamide(Nylon6) 70%		 Co-Polyester 35%+
Polyamide(Nylon6) 65%
원사굵기 3.4De ⇒ 0.05De로 극세화 2.0De ⇒ 0.11De로 극세화
원단중량(g/㎡) 330 290
원단감량 후 손실량(g/㎡) 69(Polyester 손실) 무
PU습식
함침		 공정 PU함침+응고+수세+건조+용출가공(NaOH수용액에 장시간 처리 및 수세, 건조)+연마 PU함침+건조+연마
DMF
사용량		 1200g/m 무
에너지
사용량
감량공정 NaOH
사용량		 30g/m 무
폐수
발생량		 60~80kg/m 무
에너지
사용량		 0.07kWT~0.08kWT 무
건식공정 공정 유성스킨→유성바인더→
합포→권취→숙성→박리		 수성스킨→무용제바인더→합포→권취→숙성→박리
스킨용제사용량 110g/m 무
바인더용제사용량 42g/m 무

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (S10) 이면 원단을 준비하는 단계;
    (S20) 표면 원단을 준비하는 단계;
    (S30) 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 단계;
    (S40) 상기 (S20)에서 준비된 표면 원단의 일측 표면에 접착제 배합물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계; 및
    (S50) 상기 (S40)에서 형성된 접착층의 표면에 이면 원단을 합포하는 단계;
    를 포함하는 인조 피혁 제조 방법이며,
    상기 (S40) 단계는,
    (S41) 표면 원단을 가온시키는 단계;
    (S42) 상기 (S41)에서 가온된 표면 원단의 일면에 접착제 배합물을 도포하는
    단계;
    (S43) 접착제 배합물의 가교 반응을 진행하는 단계; 및
    (S44) 접착제 배합물이 도포된 표면 원단을 냉각시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 인조 피혁은 표면 원단, 접착층 및 이면 원단이 순차적으로 적층된 것이고, 상기 이면 원단은 수성 폴리우레탄으로 충진된 부직포인 함침포를 포함하고,
    상기 부직포는 분할형 극세사를 포함하며,
    상기 접착층은 무용제형 폴리우레탄을 포함하는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (S10) 이면 원단을 준비하는 단계는
    (S11) 수성 폴리우레탄을 수성 용매에 분산시켜 함침액을 제조하는 단계;
    (S12) 상기 (S11) 단계의 함침액에 부직포를 함침하는 단계;
    (S13) 상기 (S12) 단계에서 함침된 부직포를 건조하여 함침포를 준비하는 단계; 및
    (S14) 상기 (S13)에서 준비된 함침포의 표면을 연마하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 함침포는 함침포 100 중량% 대비 수성 폴리우레탄의 함량이 고형분으로 20중량% 내지 40중량%인 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (S20) 표면 원단을 준비하는 단계는
    (S21) 표면 원단 형성용 수지 조성물을 제조하는 단계;
    (S22) 상기 수지 조성물을 이송 부재용 이형지에 도포하는 단계; 및
    (S23) 상기 수지 조성물을 건조하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 표면 원단 형성용 수지 조성물은, 폴리우레탄 수분산 에멀젼을 포함하는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 (S30) 접착층 형성용 접착제 배합물을 준비하는 단계는 분자쇄 말단에 수산기(-OH)를 갖는 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 및 가교 반응 촉진제를 혼합하고 이를 가온 조건하에서 용융 및 교반하는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가교 반응 촉진제는 80℃ 이상의 온도에서 활성을 나타내는 열반응형 성분을 포함하는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 접착제 배합물은 50℃ 내지 80℃의 온도로 가온되는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    (S60) 상기 (S50)에서 수득한 인조 피혁을 상온에서 냉각하는 단계를 더 포함하는 인조 피혁을 제조하는 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 부직포는 분할형 극세사를 포함하고, 상기 분할형 극세사는 분할 후 단사섬도가 0.1 ~0.3 데니아이며, 부직포 100중량% 대비 30중량% 내지 60중량%의 비율로 경편직물 또는 위편직물을 포함하는 것인, 인조 피혁을 제조하는 방법.
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