KR101803928B1 - 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 합성피혁 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 최하부에 고강력 니트 편성물을 포함하고, 그 위에 서로 다른 성분으로 구성된 3개층의 수분산 폴리우레탄층이 적층된 형태의 폴리우레탄계 합성피혁으로서, 인장강도 및 인열강도가 매우 우수한 합성피혁 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁 및 이의 제조방법{Polyurethane synthetic leather having high-tensile strength and high-tear strength and Manufacturing method thereof}
본 발명은 우수한 인장강도 및 인열강도를 가지는 폴리우레탄 합성피혁 및 이를 친환경적이고, 효과적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 합성피혁은 지금까지 가방용, 신발용, 공(Ball)용, 장갑용, 의류용, 등으로 그 용도가 일반 생활용, 산업용에 이르기까지 다양하며, 천연피혁과 대등 또는 그 이상의 물성을 가진 제품이 생산되어 오고 있다. 최근에는 그 용도가 자동차 내장재용 및 전자기기(핸드폰 및 태블릿 PC 등 모바일 전자기기)의 케이스(CASE)용으로도 사용이 되고 있다. 일반적인 제품의 경우, 기재로는 폴리에스테르 또는 나일론 합성섬유를 이용한 편성물 또는 부직포에 유기용제를 사용한 폴리우레탄 수지를 코팅하고 있다. 그리고, 이들은 비교적 저렴한 가격에 물성 또한 사용에 큰 지장이 없어서 여러 가지 용도로 사용이 되고 있다. 그러나, 각종 유기용제의 규제가 점점 심화되고 있으며, 또한 고강도의 물성이 필요한 경우에는 지금까지의 제품으로는 고객의 요구조건에 만족시킬 수가 없는 문제가 있다.
대한민국 등록특허번호 10-1457151호(등록일 2014년 10월 27일)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점과 필요성의 해결을 위해 수많은 실험과 연구 끝에 완성된 발명으로서, 아라미드 섬유를 사용한 니트 편성물을 사용하고, 이와 함께 친환경 수지인 수분산 폴리우레탄 수지를 3개층으로 코팅한 폴리우레탄 합성피혁 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폴리우레탄 합성피혁은 니트 편성물층, 접착층, 폼(foam)층 및 표피층을 포함하며, 니트 편성물층, 접착층, 폼층 및 표피층이 차례대로 적층되어 있으며, 상기 접착층, 폼층 및 표피층 각각은 수분산 폴리우레탄을 포함한다.
본 발명의 다른 목적인 본 발명의 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법은 이형지 일부에 표피용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 표피용 수지를 코팅시킨 후, 건조시켜서 이형지 상부에 표피층을 형성시키는 1단계; 상기 표피층 상부에 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 폼 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 폼(foam)층을 형성시키는 2단계; 상기 폼층 상부에 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 접착 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 접착층을 형성시켜서 인조피혁을 제조하는 3단계; 지지체에 적층된 니트 편성물과 상기 인조피혁의 접착층이 첨합을 수행하는 4단계; 첨합된 인조피혁을 건조 및 권취시키는 5단계; 및 숙성시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행하여 폴리우레탄 합성피혁을 제조할 수 있다.
이러한 본 발명은 종래의 유기용제를 사용하여 제조하던 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법과 달리, 환경 오염을 유발하는 유기용제를 사용하지 않는 바, 친환경적으로 합성피혁을 제조할 수 있으며, 이렇게 제조한 본 발명의 합성피혁은 고인장강도, 고인열강도를 가지는 바, 차량용 인조피혁, 가구용 인조피혁, 전자기기의 케이스 등으로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 합성피혁을 제조하는 방법에 대한 개략적인 모식도이다.
도 2는 제조예 1에서 제조한 본 발명의 합성피혁의 단면을 SEM 측정한 사진이다.
이하에서 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다.
본 발명의 폴리우레탄 합성피혁은 이형지 일부에 표피용 수지를 코팅시킨 후, 건조시켜서 이형지 상부에 표피층을 형성시키는 1단계; 상기 표피층 상부에 폼층용 수지를 코팅시킨 후, 건조시켜서 폼(foam)층을 형성시키는 2단계; 상기 폼층 상부에 접착 수지를 코팅시킨 후, 건조시켜서 접착층을 형성시켜서 인조피혁을 제조하는 3단계; 지지체에 적층된 니트 편성물과 상기 인조피혁의 접착층이 첨합을 수행하는 4단계; 첨합된 인조피혁을 건조 및 권취시키는 5단계; 및 숙성시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
그리고, 이형지 및 지지체를 박리시키는 7단계;를 더 포함할 수도 있다. 이러한, 본 발명의 폴리우레탄 합성피혁의 제조공정에 대한 개략적인 모식도를 도 1에 나타내었으며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 참고사항이며, 모식도에 의해 본 발명을 한정하여 해석해서는 안된다.
본 발명에 있어서, 상기 1단계의 이형지는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 그 종류를 특별하게 한정하지 않는다.
1단계의 상기 표피용 수지는 완제품인 합성피혁의 최외부인 표피를 형성시키는 수지로서, 폴리카보네이트 다이올 또는 폴리에스테르 다이올과 이소시아네이트 반응시켜 제조한 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 표피용 수지는 상기 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 용매인 물 5 ~ 20 중량부, 가교제 1.5 ~ 8 중량부, 증점제 0.5 ~ 3 중량부 및 첨가제 0.5 ~ 2.5 중량부를 포함하며, 바람직하게는 상기 표피용 수지는 상기 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 용매인 물 7 ~ 15 중량부, 가교제 2 ~ 5 중량부, 증점제 0.7 ~ 2 중량부 및 첨가제 0.7 ~ 1.5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지는 점도 60 ~ 90cps(25℃)이고, 고형분 함량이 35 ~ 55 중량%이며, 바람직하게는 점도 65 ~ 80cps(25℃)이고, 고형분 함량이 38 ~ 52 중량%일 수 있다.
표피용 수지 성분 중 상기 용매는 수용성 용매를 사용할 수 있으며, 물을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 용매의 사용량이 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 5 중량부 미만이면 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지의 점도가 너무 높아지는 문제가 있을 수 있고, 20 중량부를 초과하여 사용하면 점도가 너무 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
표피용 수지 성분 중 상기 가교제는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론(5-chloro-2-methyl-3(2H)-isothiazolone), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(EGDMA), 폴리카르보디이미드 및 하이드록시알킬아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론 및 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량이 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 1.5 중량부 미만이면 인장강도가 낮은 문제가 있을 수 있고, 8 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 인열강도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 표피용 수지 성분 중 증점제로는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 증점제, 아마이드계 증점제, 우레탄계 증점제 및 셀룰로즈계 증점제 등을, 바람직하게는 아크릴계 증점제를 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량이 0.5 중량부 미만이거나, 3 중량부를 초과하여 사용하면 점도 조절이 어려운 문제가 있을 수 있다.
또한, 표피용 수지 성분 중 상기 첨가제는 분산제, 대전방지제, 항산화제, UV 흡수제, 광안정제, 레벨링제, 계면활성제, 윤활제 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 상기 대전방지제는 도전성 고분자, 4급 암모늄염, 무기염, 금속입자, (메타)아크릴레이트 변성 4급 암모늄염에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
1단계의 상기 건조는 온도를 달리하여 3단계 건조로 수행하는 것이 좋은데, 구체적으로 상기 건조는 이형지 상부에 코팅된 표피용 수지를 코팅시킨 후, 이를 오븐에 투입한 후, 55 ~ 65℃에서 4 ~ 6분간 수행한 후, 연속적으로 95 ~ 105℃에서 1 ~ 3분간 수행한 다음, 연속적으로 130 ~ 150℃에서 1 ~ 3분간 수행할 수 있으며, 바람직하게는 건조는 58 ~ 62℃에서 4 ~ 6분간 수행한 후, 연속적으로 98 ~ 103℃에서 1 ~ 3분간 수행한 다음, 연속적으로 135 ~ 145℃에서 1 ~ 3분간 수행할 수 있다.
위와 같이 건조를 수행하여 이형지에 표피층을 0.10 ~ 0.20mm 두께로, 바람직하게는 0.12 ~ 0.18mm 두께로 형성시킬 수 있다. 그리고, 상기 표피층은 100% 모듈러스가 30 ~ 65kg/cm2이고, 인장강도가 60 ~ 260kg/cm2이며, 신도가 260 ~ 350%일 수 있으며, 바람직하게는 100% 모듈러스가 33 ~ 60kg/cm2이고, 인장강도가 65 ~ 235kg/cm2이며, 신도가 270 ~ 320%일 수 있다.
2단계에 대하여 설명을 하면, 2단계는 상기 표피층 상부에 중간층인 폼층을 형성시키는 단계로서, 상기 표피층 상부에 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 폼 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 폼층을 형성시킨다.
상기 폼 수지는 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 기공조절제 3 ~ 10 중량부, 가교제 2 ~ 5 중량부 및 증점제 0.5 ~ 2 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 기공조절제 4 ~ 8 중량부, 가교제 2.5 ~ 4.5 중량부 및 증점제 1.2 ~ 2 중량부를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 폼 수지는 용매를 5 ~ 20 중량부, 바람직하게는 7 ~ 15 중량부 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 폼 수지는 상기 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지, 기공조절제, 가교제 및 증점제를 혼합한 후, 질소가스 또는 공기를 투입하여 발포시켜서 겉보기 비중이 0.30 ~ 0.40g/cm3이 되도록, 바람직하게는 겉보기 비중이 0.32 ~ 0.38g/cm3이 되도록 제조한 것일 수 있다. 그리고, 발포된 폼 수지를 표피층 상부에 코팅시킬 수 있다.
상기 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지는 폴리카보네이트 다이올 및 PTMG(Polytetramethylene ether glycol) 1 : 0.5 ~ 1.5 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.1 중량비로 포함하는 다이올과 이소시아네이트를 반응시켜 제조한 것으로서, 점도 80 ~ 95cps(25℃)이고, 고형분 함량이 55 ~ 65 중량%이며, 바람직하게는 점도 82 ~ 90cps(25℃)이고, 고형분 함량이 58 ~ 62 중량%를 포함할 수 있다.
폼 수지 성분 중 상기 기공조절제는 소듐비스(2-에틸헥실)설포숙시네이트, 소듐라우릴설페이트, 소듐이소프로필나프탈렌설포네이트, 소듐비스(트리데실)설포숙시네이트, N-옥타데실디소듐설포숙시네이트, 옥틸페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올, 트리메틸노닐옥시폴리(에틸렌옥시)에탄올, 노닐페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올, 글리세릴트리올레이트, 에틸렌글리콜에틸렌모노스테아레이트, 솔비탄트리올레이트, 솔비탄트리스테아레이트, 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 옥틸페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올, 글리세릴트리올레이트, 에틸렌글리콜에틸렌모노스테아레이트, 솔비탄트리올레이트 및 솔비탄트리스테아레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제1기공조절제 및 폴리실록산(제2기공절제)을 1 : 0.1 ~ 1.5 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.5 ~ 1.2 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 기공조절제의 사용량이 3 중량부 미만이면 폼층에 기공이 충분하게 형성되지 않아서 공기통로가 막혀서 상품성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 10 중량부를 초과하면 폼층이 기공이 너무 커서, 합성피혁의 전체적인 인장강도 및 인열강도가 부족한 문제가 있을 수 있다.
폼 수지 성분 중 상기 가교제는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론(5-chloro-2-methyl-3(2H)-isothiazolone), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(EGDMA), 폴리카르보디이미드 및 하이드록시알킬아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론 및 하이드록시(C2 ~ C5의 알킬)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량이 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 2 중량부 미만이면 가교성이 떨어져서 인장강도가 낮은 문제가 있을 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 합성피혁의 유연성이 떨어져서 상품성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 폼 수지 성분 중 증점제로는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 증점제로는 아크릴계 증점제, 아마이드계 증점제, 우레탄계 증점제 및 셀룰로즈계 증점제 등을, 바람직하게는 아크릴계 증점제를 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량이 0.5 중량부 미만이거나, 2 중량부를 초과하여 사용하면 점도 조절이 어려운 문제가 있을 수 있다.
2단계의 상기 건조는 1단계의 건조와 마찬가지로 온도를 달리하여 3단계 건조로 수행하는 것이 좋은데, 구체적으로 상기 건조는 이형지 상부에 코팅된 표피용 수지를 코팅시킨 후, 이를 오븐에 투입한 후, 55 ~ 65℃에서 4 ~ 6분간 수행한 후, 연속적으로 95 ~ 105℃에서 1 ~ 3분간 수행한 다음, 연속적으로 130 ~ 150℃에서 1 ~ 3분간 수행할 수 있으며, 바람직하게는 건조는 58 ~ 62℃에서 4 ~ 6분간 수행한 후, 연속적으로 98 ~ 103℃에서 1 ~ 3분간 수행한 다음, 연속적으로 135 ~ 145℃에서 1 ~ 3분간 수행할 수 있다.
위와 같이 건조를 수행하여 표피층 상부에 폼층을 0.20 ~ 0.35mm 두께로, 바람직하게는 0.22 ~ 0.30mm 두께로 형성시킬 수 있다. 그리고, 건조되어 형성된 상기 폼층은 100% 모듈러스가 30 ~ 35kg/cm2이고, 인장강도가 272 ~ 290kg/cm2이며, 신도가 430 ~ 470%일 수 있으며, 바람직하게는 100% 모듈러스가 31 ~ 34kg/cm2이고, 인장강도가 278 ~ 286kg/cm2이며, 신도가 440 ~ 460%일 수 있다.
다음으로, 3단계에 대하여 설명을 하면, 3단계는 상기 폼층의 상부에 니트 편성물과 접합시키기 위한 접착층을 형성시키는 단계로서, 상기 폼층 상부에 접착층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 접착 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 접착제층을 형성시킨다.
상기 접착 수지는 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 가교제 2 ~ 5 중량부 및 증점제 0.1 ~ 1.5 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 가교제 2.3 ~ 3.8 중량부 및 증점제 0.3 ~ 1 중량부를 포함할 수 있다.
상기 접착층용 수분산 폴리우레탄 수지는 폴리카보네이트 다이올 및 폴리에스테르 다이올을 1 : 0.8 ~ 1.1 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.9 ~ 1.05 중량비로 포함하는 다이올과 이소시아네이트를 반응시켜 제조한 것으로서, 점도 45 ~ 60cps(25℃)이고, 고형분 함량이 28 ~ 35 중량%이며, 바람직하게는 점도 47 ~ 56cps(25℃)이고, 고형분 함량이 28 ~ 32 중량%일 수 있다.
위와 같이 폼층 상부에 접착제층을 0.15 ~ 0.30mm 두께로, 바람직하게는 0.15 ~ 0.25mm 두께로 형성시킬 수 있다. 그리고, 건조되어 형성된 상기 접착제층은 100% 모듈러스가 30 ~ 35kg/cm2이고, 인장강도가 250 ~ 260kg/cm2이며, 신도가 250 ~ 280%일 수 있으며, 바람직하게는 100% 모듈러스가 31 ~ 34kg/cm2이고, 인장강도가 250 ~ 255kg/cm2이며, 신도가 260 ~ 270%일 수 있다.
다음으로 4단계에 대하여 설명하면, 4단계의 상기 지지체는 니트 편성물을 지지하여 니트 편성물의 형태안정성을 유지시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 폴리에스테르 원단 또는 폴리에스테르/면 원단(Polyester/Cotton, P/C 또는 T/C)을 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들면, 폴리에스테르 250 ~ 300 De의 옥스포드(Oxford) 원단 또는 30수의 P/C 원단을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 니트 편성물은 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사의 싱글(single) 편성물; 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사 및 60 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 가연사를 2:2 편성한 싱글 편성물; 또는 20'수 ~ 40'수의 메타-아라미드사 및 60 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 가연사를 2:2로 편성한 편성한 싱글 편성물;을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사의 싱글(single) 편성물; 또는 20'수 ~ 40'수의 메타-아라미드사 및 60 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 가연사를 2:2로 편성한 싱글 편성물;을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사의 싱글(single) 편성물일 수 있다. 본 발명에서, “2:2로 편성”했다는 의미는 예를 들면, 편성시 아라미드사와 가연사를 이용하여 편성하는 경우, 아라미드사를 편성기의 급사구에 2개 삽입하고, 가연사를 다른 급사구에 2개 삽입하여 편성하였다는 의미이다.
그리고, 상기 니트 편성물은 고강력 니트 편성물로서, 종방향 인장강도가 11.5 ~ 20kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도가 5 ~ 15kg/2.54cm일 수 있으며, 바람직하게는 종방향 인장강도가 15.0 ~ 18.0kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도가 10.0 ~ 13.5kg/2.54cm일 수 있다.
또한, 상기 니트 편성물은 종방향 인열강도가 1.8kgf/cm 이상이고, 횡방향 인열강도가 1.5kgf/cm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 종방향 인열강도가 3.0 ~ 4.5kgf/cm 이고, 횡방향 인열강도가 2.5 ~ 3.5kgf/cm 일 수 있다.
또한, 상기 니트 편성물은 종방향 신도가 40 ~ 70%이고, 횡방향 신도가 190 ~ 300%일 수 있으며, 바람직하게는 종방향 신도가 40 ~ 50%이고, 횡방향 신도가 195 ~ 280%일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 종방향 신도가 40 ~ 45%이고, 횡방향 신도가 195 ~ 230%일 수 있다.
그리고, 니트 편성물의 두께는 0.30 ~ 0.50mm, 바람직하게는 0.30 ~ 0.35mm 정도인 것이 합성피혁의 적정 두께 확보면에서 유리하다.
4단계는 상기 지지체와 니트 편성물을 점착시킨 다음, 니트 편성물의 일면과 상기 3단계에서 이형지-표피층-폼층-접착제층으로 형성된 폴리우레탄 인조피혁의 접착제층의 일면을 첨합(lamination)시킨다.
그리고, 5단계는 첨합된 인조피혁을 건조 및 권취시키는 공정으로서, 이때, 상기 건조는 65 ~ 80℃에서 4 ~ 6분간 수행할 수 있으며, 바람직하게는 67 ~ 75℃에서 4분 30초 ~ 5분 30초간 수행할 수 있다. 이때, 건조 온도가 65℃ 미만이면 건조시간이 너무 길어지는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 상기 권취는 당업계에서 사용하는 일반적인 권취 방법을 사용할 수 있다.
다음으로, 6단계는 인조피혁에 유연함을 부여하고 합성피혁의 층간 결합력을 증대시키기 위하여 권취된 인조피혁을 숙성시키는 단계로서, 50 ~ 60℃ 하의 바람직하게는 55 ~ 60℃ 하의 숙성실에서 20 ~ 30시간 동안, 바람직하게는 20 ~ 25시간 동안 숙성을 수행하여 합성피혁을 제조할 수 있다.
그리고, 숙성된 합성피혁은 그대로 완성품으로 하여 제공할 수도 있으며, 이형지 및 지지체를 합성피혁으로부터 박리하여 이를 완성품으로 제공할 수도 있다.
이러한 본 발명의 합성피혁은 도 2에 단면에 대한 SEM 측정 이미지를 통해서 확인할 수 있듯이, 니트 편성물층, 접착층, 폼(foam)층 및 표피층이 차례대로 적층되어 일체화되어 있다.
이형지 및 지지체가 박리된 본 발명의 합성피혁은 중량이 240 ~ 290g/m2이고, 바람직하게는 250 ~ 280g/m2일 수 있다.
이형지 및 지지체가 박리된 본 발명의 합성피혁은 종방향 인장강도가 25 ~ 35kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도가 11.5 ~ 16.0kg/2.54cm일 수 있으며, 바람직하게는 종방향 인장강도가 28 ~ 34kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도가 12.0 ~ 15.5kg/2.54cm일 수 있다.
또한, 이형지 및 지지체가 박리된 본 발명의 합성피혁은 종방향 인열강도는 3.0 ~ 4.0kgf/cm이고, 횡방향 인열강도는 1.8 ~ 2.8kgf/cm일 수 있으며, 바람직하게는 종방향 인열강도가 3.4 ~ 3.8kgf/cm이고, 횡방향 인열강도는 2.0 ~ 2.6kgf/cm일 수 있다.
또한, 이형지 및 지지체가 박리된 본 발명의 합성피혁은 종방향 신도가 25 ~ 35%이고, 횡방향 신도가 115 ~ 140%이고, 바람직하게는 종방향 신도가 27 ~ 34%이고, 횡방향 신도가 115 ~ 130%일 수 있다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
준비예 1-1 ~ 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 1-3 : 니트 편성물의 준비
하기 표 1과 같이 니트 편성물 각각을 준비하였다. 그리고, 이들 니트 편성물의 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
구분 니트 편성물
준비예 1-1 파라계 아라미드 100%인 30'수의 싱글 편성물
준비예 1-2 메타계 아라미드 30'수 및 75 데니어 폴리에스테르 가연사(DTY)를 서로 다른 급사구에 2개를 삽입한 후, 2:2로 편성한 싱글 편성물
준비예 1-3 파라계 아라미드 30'수 및 75 데니어 폴리에스테르 가연사(DTY)를 서로 다른 급사구에 2개를 삽입한 후, 2:2로 편성한 싱글 편성물
비교준비예 1-1 폴리에스테르사 50 D(denier)/48F(filament)의 싱글 편성물
비교준비예 1-2 75D/48F인 폴리에스테르 30 중량% 및 75D/48F인 나일론사 70중량%인 싱글 편성물
비교준비예 1-3 30D/24F인 폴리에스테르사의 싱글 편성물
시험항목 단위 비교준비예3 비교준비예2 비교준비예1 준비예3 준비예2 준비예1
두께 mm 0.31 0.35 0.39 0.37 0.32 0.34
중량 g/m2 75.6 156.5 107.4 78.1 63.09 81.1
인장강도 Kg/2.54cm 종 52.9 15.7 28.5 8.6 11.9 15.6
횡 7.3 14.4 7.2 8.4 5.6 11.2
신도 % 종 52.6 73.8 41.3 60.9 47.3 42.49
횡 239.8 212.2 299.2 296.5 269.6 203.1
인열강도 Kgf/cm 종 0.9 1.1 1.3 1.2 2.0 4.0
횡 1.43 2.9 0.3 1.3 1.6 3.36
상기 표 2를 살펴보면, 준비예가 비교준비예 보다 전반적으로 인장강도 및 인열강도가 우수하였으며, 특히 준비예 1 및 준비예 2가 우수함을 확인하 수 있었다.
준비예 2
하기 표 3과 같은 물성을 가지는 수분산 폴리우레탄 수지를 각각 준비하였다.
구분 약어 물성
표피용 수분산
폴리우레탄 수지		 PUD-SCF 점도 : 78cps/25℃
고형분 함량 : 40 중량%
100% 모듈러스(Modulus) : 59Kg/cm2
인장강도 : 232Kg/cm2
신도 : 275 %
폴리올의 구성: 폴리카보네이트 다이올(Mw=약 1,000) 100%
PUD-SLS 점도: 68cps/25℃
고형분 함량 : 50 중량%
100% 모듈러스 : 33 Kg/cm2
인장강도 : 66 Kg/cm2
신도 : 317 %
폴리올의 구성: 폴리에스테르 다이올(Mw= 약 1,000) 100%
폼층용 수분산
폴리우레탄 수지		 PUD-SLU 점도 : 85 cps/25℃
고형분 함량 : 60 중량%
100% 모듈러스 : 32 Kg/cm2
인장강도 : 282 Kg/cm2
신도 : 450 %
폴리올의 구성 : 폴리카보네이트 다이올(Mw= 약 1,000) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMG, Mw= 약 1,000) 1 : 1 중량비
접착제층용
수분산
폴리우레탄 수지		 PUS-S37 점도 : 50 cps/25℃
고형분 함량 : 30 중량%
100% 모듈러스 : 32 Kg/cm2
인장강도 : 254 Kg/cm2
신도 : 265 %
폴리올의 구성 : 폴리카보네이트 다이올(Mw= 약 1,000) 및 폴리에스테르 다이올(Mw= 약 1,000) 1 : 1 중량비
실시예 1 : 폴리우레탄 합성피혁의 제조
표피용 수지로서 수분산 폴리우레탄 PUD-SCF 100g, 용매로서 물 10g, 가교제인 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론(5-chloro-2-methyl-3(2H)-isothiazolone) 3g, 첨가제로서 대전방지제인 (메타)아크릴레이트 변성 4급 암모늄 1.3g, 아크릴계 증점제(롬 앤 하스, RM-200) 1g을 배합하고, 믹서(mixer)기로 잘 분산한 후, 이형지에 0.15mm 두께로 코팅했다. 이를 건조 오븐에서 60℃, 100℃, 140℃로 순차로 각각 5분, 2분, 2분간 열을 주어 건조를 수행하였다.
다음으로, 폼 수지용으로서 수분산 폴리우레탄 PUD-SLU 100g, 제1기공조절제인 솔비탄트리올레이트 3g, 제2기공조절제인 폴리실록산 3g, 물 10g, 증점제인 아크릴계 증점제(롬 앤 하스, RM-200) 2g, 가교제인 5-클로로-2-메틸-3-(2H)-이소티아졸론 3g을 배합하고 질소가스를 넣어서 기계발포 시켰다. 발포가 되는 수지의 겉보기 비중이 0.35g/cm3가 되도록 질소 가스량을 조절하였다. 이렇게 발포가 된 폼 수지를 건조된 표피층 위에 두께 0.25mm로 코팅한 다음 이를 건조 오븐에 투입한 후, 60℃, 100℃, 140℃로 순차로 각각 5분, 2분, 2분간 열을 주어 건조를 수행하였다.
다음으로, 접착제 수지로서 수분산 폴리우레탄 PUD-S537 100g, 가교제인 폴리카르보디이미드 3g, 증점제인 아크릴계 증점제(롬 앤 하스, RM-200) 0.5g을 배합하고 혼합한 폼 층 상부에 코팅을 수행하여, 다음 두께 0.2mm로 접착제층을 형성시켰다.
이와는 별도로, 지지체(폴리에스테르사 270 데니어의 옥스포드 원단)의 일면에 점착제를 도포한 후, 상기 준비예 1-1의 니트 편성물을 결합시켜서 합성피혁의 하부 편성물을 준비하였다.
다음으로, 상기 하부 편성물의 니트 편성물의 상부면과 결합된 상기 접착제층을 첨합(라미네이션)시켰다.
다음으로, 첨합된 인조피혁을 70℃ 오븐에서 5분간 건조하고, 권취를 수행하였다.
다음으로, 권취된 인조피혁을 24시간 동안 56 ~ 57℃의 숙성실에서 숙성시켰다.
다음으로, 숙성이 끝나면 이형지 및 지지체를 박리하여, 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
그리고, 제조한 폴리우레탄 합성피혁의 절단면에 대한 SEM 측정 이미지를 도 2에 나타내었다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레판 합성피혁을 제조하되, 표피용 수지 제조시, 상기 PUD-SCF 대신 PUD-SLS를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레판 합성피혁을 제조하되, 니트 편성물로서, 준비예 1-1 대신 준비예 1-3의 니트 편성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레판 합성피혁을 제조하되, 니트 편성물로서, 준비예 1-1 대신 준비예 1-3의 니트 편성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레판 합성피혁을 제조하되, 니트 편성물로서, 준비예 1-1 대신 준비예 1-2의 니트 편성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레판 합성피혁을 제조하되, 니트 편성물로서, 준비예 1-1 대신 준비예 1-2의 니트 편성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 합성피혁을 제조하였다.
실험예 : 폴리우레탄 합성피혁의 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 합성피혁의 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
시험항목 단위 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
두께 mm 0.60 0.57 0.66 0.71 0.60 0.57
중량 g/m2 277 253 255 254 245 244
인장강도 Kg/2.54cm 종 32.2 29.2 13.7 12.8 18.6 14.3
횡 14.8 12.4 10.5 12.0 7.8 7.5
신도 % 종 29.4 30.2 37.0 39.8 34.7 28.8
횡 120.1 119.9 252.9 246.5 209.3 145.3
인열강도 Kgf/cm 종 3.6 3.5 2.3 2.1 1.5 2.6
횡 2.4 2.2 0.88 1.18 1.1 1.0
상기 표 4의 물성 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 2는 비교예 1 ~ 4와 비교할 때, 전반적으로 인장강도 및 인열강도가 매우 우수함을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 풀리우레탄 합성피혁이 유기용제를 사용하지 않으면서도 우수한 인장강도 및 인열강도를 가지면서도, 적정 신장을 가짐을 확인할 수 있었으며, 이러한 본 발명의 폴리우레탄 합성피혁은 자동차 내장재, 전자기기, 특히 모바일용 전자기기의 케이스 등으로 사용하기 적합함을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 니트 편성물층, 접착층, 폼(foam)층 및 표피층을 포함하며,
    니트 편성물층, 접착층, 폼층 및 표피층이 차례대로 적층되어 있으며,
    상기 접착층, 폼층 및 표피층 각각은 수분산 폴리우레탄을 포함하고,
    상기 접착층은 폴리카보네이트 다이올 및 폴리에스테르 다이올을 1 : 0.8 ~ 1.1 중량비로 포함하는 다이올과 이소시아네이트 반응시켜 제조한 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 접착수지로 형성된 것이며,
    상기 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지는 점도 45 ~ 60cps(25℃)이고, 고형분 함량이 28 ~ 35 중량%이며,
    상기 접착층은 100% 모듈러스가 30 ~ 35kg/cm2이고, 인장강도가 250 ~ 260kg/cm2이며, 신도가 250 ~ 280%인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  2. 제1항에 있어서, 상기 니트 편성물층은 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사의 싱글(single) 편성물; 20'수 ~ 40'수의 파라-아라미드사 및 60 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 가연사를 편성한 싱글 편성물; 또는 20'수 ~ 40'수의 메타-아라미드사 및 60 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 가연사를 싱글 편성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 폼층은 폴리카보네이트 다이올 및 PTMG(Polytetramethylene ether glycol) 1 : 0.5 ~ 1.5 중량비로 포함하는 다이올과 이소시아네이트를 반응시켜 제조한 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 폼 수지로 형성된 것이고,
    상기 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지는 겉보기 비중이 0.30 ~ 0.40g/cm3이며, 점도 80 ~ 95cps(25℃)이고, 고형분 함량이 55 ~ 65 중량%이며,
    상기 폼층은 100% 모듈러스가 30 ~ 35kg/cm2이고, 인장강도가 272 ~ 290kg/cm2이며, 신도가 430 ~ 470%인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  5. 제1항에 있어서, 상기 표피층은 폴리카보네이트 다이올 또는 폴리에스테르 다이올과 이소시아네이트 반응시켜 제조한 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 표피용 수지로 형성시킨 것이고,
    상기 표피층용 수분산 폴리우레탄 수지는 점도 60 ~ 90cps(25℃)이고, 고형분 함량이 35 ~ 55 중량%이며,
    상기 표피층은 100% 모듈러스가 30 ~ 65kg/cm2이고, 인장강도가 60 ~ 260kg/cm2이며, 신도가 260 ~ 350%인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  6. 제1항에 있어서, 상기 니트 편성물층은 종방향 인장강도가 11.5 ~ 20kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도가 5 ~ 15kg/2.54cm이며,
    종방향 인열강도가 1.8Kgf/cm 이상이고, 횡방향 인열강도가 1.5Kgf/cm 이상인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 합성피혁은 종방향 인장강도는 25 ~ 35kg/2.54cm이고, 횡방향 인장강도는 11.5 ~ 16.0kg/2.54cm이며, 종방향 인열강도는 3.0 ~ 4.0Kgf/cm이고, 횡방향 인열강도는 1.8 ~ 2.8Kgf/cm인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁.
  8. 이형지 일부에 표피용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 표피용 수지를 코팅시킨 후, 건조시켜서 이형지 상부에 표피층을 형성시키는 1단계;
    상기 표피층 상부에 폼층용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 폼 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 폼(foam)층을 형성시키는 2단계;
    상기 폼층 상부에 접착제용 수분산 폴리우레탄 수지를 포함하는 접착 수지로 코팅시킨 후, 건조시켜서 접착층을 형성시켜서 인조피혁을 제조하는 3단계;
    지지체에 적층된 니트 편성물과 상기 인조피혁의 접착층이 첨합을 수행하는 4단계;
    첨합된 인조피혁을 건조 및 권취시키는 5단계; 및
    숙성시키는 6단계;를 포함하며,
    제2단계의 폼 수지는 표피층 상부에 코팅 전에 발포시킨 수지로서, 겉보기 비중이 0.30 ~ 0.40 g/cm3인 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 이형지 및 지지체를 박리시키는 7단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 1단계, 2단계 및 3단계의 건조는 55 ~ 65℃에서 4 ~ 6분간 수행한 후, 연속적으로 95 ~ 105℃에서 1 ~ 3분간 수행한 다음, 연속적으로 130 ~ 150℃에서 1 ~ 3분간 수행하는 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 제5단계의 건조는 65 ~ 80℃에서 4 ~ 6분간 수행하는 것을 특징으로 하는 인장강도 및 인열강도가 우수한 폴리우레탄 합성피혁의 제조방법.
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