KR101852941B1 - 방수 원단 및 방수 원단의 제조 방법 - Google Patents

방수 원단 및 방수 원단의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방수 원단에 관한 것으로, 방수 원단은 심사의 표면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 코팅제가 코팅되어 있는 코팅사로 제직된 직물 및 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 커버 필름이 상기 직물의 표면에 가열융착에 의해 적층되어 형성된 표면 수지층을 포함한다.

Description

방수 원단 및 방수 원단의 제조 방법{WATERPROOF FABRIC AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 방수 원단 및 방수 원단의 제조 방법에 관한 것이다.
방수 원단은 합성섬유로 제직된 직물을 발수 처리한 후 발수 처리된 직물의 일면 또는 양면을 합성수지로 코팅하여 제조되며, 이러한 방수 원단은 등산용 가방, 사무용 가방, 학생용 가방, 또는 천막이나 텐트 등 다양한 제품에 사용되고 있다.
일반적으로 직물의 발수 처리 공정은 불소계 발수제를 사용하여 수행되고 있으나, 이러한 불소계 발수제의 경우 발수 처리 공정시 유독성 발암물질인 PFOA(Perfluorooctanoic Acid)가 발생하는 문제가 있다.
이러한 불소계 발수제의 사용에 따른 문제를 해결하기 위해 PFOA의 발생을 저감시키는 발수제가 개발 및 사용되고 있으나, 그 발수 성능이 불소계 발수제에 비해 떨어지고 발수 처리 후 직물의 방수층 형성 코팅 작업시 코팅용 수지의 접착력이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 발수 성능 및 접착성이 우수하면서도 제조 공정에 따른 유독성 물질의 배출을 감소시킬 수 있는 방수 원단 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은 심사의 표면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 코팅제가 코팅되어 있는 코팅사로 제직된 직물 및 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 커버 필름이 상기 직물의 표면에 가열융착에 의해 적층되어 형성된 표면 수지층을 포함하는 방수 원단을 통해 달성된다.
여기서, 상기 코팅사는 상기 코팅제의 단면적을 상기 심사의 단면적의 2배 내지 3배로 하면, 방수 성능과 제품의 품위를 함께 적절히 확보할 수 있다.
상기 커버 필름은 0.05mm 내지 0.30mm 의 두께인 것이 제품의 방수 성능 관점에서 바람직하다.
상기 심사는 폴리에스테르사를 사용하는 것이 제조 공정에 따른 심사의 물성이 변하는 것을 방지할 수 있다.
상기 직물의 이면에는 열가소성 폴리우레탄 수지가 적어도 30% 이상 함유된 부직포 웹이 열 융착된 이면 수지층을 더 포함하는 것이 방수 성능을 더 강화시킬 수 있다.
상기 이면 수지층의 표면에는 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하는 안감용 직물이 열 융착된 추가 수지층을 더 포함하는 것이 방수 성능을 더 강화시킬 수 있으며, 제품의 상품성을 개선할 수 있다.
그리고 상기 목적은 심사를 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 코팅제로 코팅한 코팅사를 준비하는 단계, 상기 코팅사를 제직하여 방수 원단용 기재를 준비하는 단계, 및 상기 방수 원단용 기재의 표면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 커버 필름을 가열융착하여 표면 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해서도 달성된다.
여기에서 상기 직물의 이면에 열가소성 폴리우레탄 수지가 적어도 30% 이상 함유된 부직포 웹이 가열융착하여 이면 수지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이면 수지층의 표면에 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하는 안감용 직물을 가열융착하여 추가 수지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 불소계 발수제를 사용한 발수 공정을 생략할 수 있으므로, 방수 원단 제조 공정에 따른 오염물질 배출을 감소시킬 수 있다. 또한, 열 융착 기법을 사용함으로써 직물과 코팅용 수지의 접착력이 개선되어 방수 원단의 발수 및 방수 기능이 개선된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방수 원단의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방수 원단의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 방수 원단 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 코팅사로 제직된 직물의 구조를 확대한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 방수 원단 및 그 방수 원단의 제조 방법에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 방수 원단은 코팅사로 제직된 직물인 방수 원단용 기재(110), 방수 원단용 기재(110)의 표면에 부착되는 커버 필름(120), 방수 원단용 기재(110)의 이면에 부착되는 부직포 웹(130), 및 부직포 웹(130)의 표면에 부착되는 안감용 직물(140)을 포함한다.
방수 원단용 기재(110)는 코팅사를 이용하여 제직된다. 코팅사는 열가소성 폴리우레탄을 주성분으로 하는 코팅제를 심사인 폴리에스테르사에 피복하여 제조된다. 열가소성 폴리우레탄을 주성분으로 하는 코팅제가 심사에 코팅되어 심사에 발수 기능을 부여한다. 따라서, 직물에 발수 기능을 부여하기 위한 추가적인 발수 처리 공정이 불필요하다.
방수 원단용 기재(110), 커버 필름(120), 부직포 웹(130), 및 안감용 직물(140)은 모두 열가소성 폴리우레탄 수지를 포함하고 있으며, 본원 발명의 방수 원단은 방수 원단용 기재(110)에 커버 필름(120), 부직포 웹(130), 및 안감용 직물(140)들을 순차적으로 가열 융착하여 제조되거나 또는 한번에 가열 융착하여 제조될 수도 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본원발명의 실시 예에 따른 방수 원단의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 코팅사를 준비한다(S110). 코팅사의 심사는 폴리에스테르사가 사용되며, 6.5 g/d 이상의 강도를 갖는 고강력 폴리에스테르사를 사용하는 것이 바람직하다.
사용될 심사가 준비되면, 심사에 코팅될 코팅제를 준비한다. 코팅제는 열가소성 폴리우레탄을 주성분으로 하며, 필요에 따라 자외선 차단제, 안료 등을 더 포함할 수 있다. 열가소성 폴리우레탄 수지는 고온에서도 유독가스 발산이 적어 친환경적이고 안전하다. 열가소성 폴리우레탄 수지는 1.30 내지 1.14g/cm3 의 밀도를 가지는 고밀도 열가소성 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 0.90g/cm3의 밀도를 갖는 열가소성 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우 접착성이 떨어져 심사에 코팅제가 잘 접착되지 않기 때문에, 심사에 대한 코팅제의 접착성을 높이기 위해서이다.
코팅제가 준비되면 심사에 코팅제를 피복하여 코팅 섬유를 제조한다. 이때 코팅사는 도 2에 도시된 바와 같이 코팅사의 심사, 즉 코어의 단면적(core) 대비 코팅제의 단면적(sheath)이 약 2배 내지 3배가 되도록 코팅한다. 바람직하게는 코팅사의 코어의 단면적(core) 대비 코팅제의 단면적(sheath)이 25:75 내지 35:65가 되도록 코팅한다. 코팅제의 단면적이 코어의 단면적 대비 2배 내지 3배인 경우 커버 필름(120)과의 가열 융착에 따른 방수층이 형성된다. 반면, 코팅제의 단면적이 코어의 단면적 대비 2배 이하인 경우 커버 필름(120)과의 가열 융착에 의해 코팅제가 심사부분까지 녹아 심사를 물성을 변경시킬 수 있다. 또한, 코팅제의 단면적이 코어의 단면적보다 3배 이상인 경우 코팅제의 과도한 두께와 무게로 인하여 직물 제조에 어려움이 따르고, 생산되는 직물의 무게가 크게 증가하여 사용 효율이 떨어진다.
섬유 코팅제의 피복은 180 내지 209℃의 고온 사출을 통해 이루어지며, 사출 후 곧바로 수냉식 냉각장치를 거쳐 냉각한 후 열풍건조기를 통해 완전히 건조한다. 사출기에서 사출시의 온도는 209℃를 초과하지 않으며, 이 온도를 초과할 경우 코팅제가 분해되는 문제가 발생한다. 반면, 사출기의 온도가 180℃ 미만일 경우 코팅제가 충분히 가열되어 용융되지 못해 심사에 쉽게 부착하지 않는다.
다음으로, 코팅사를 제직하여 방수 원단용 기재를 준비한다(S120). 방수 원단용 기재는 코팅사를 경사와 위사로 직조기를 이용하여 제직된다. 도 4는 제직된 방수 원단용 기재를 확대한 도면이다. 방수 원단용 기재는 다양한 직조 방식으로 제직될 수 있으며, 그 색상 또한 코팅제에 포함된 안료에 따라 다양하게 구현할 수 있다.
제직된 방수 원단용 기재의 표면에 커버 필름을 가열 융착하여 표면 수지층을 형성한다(S130). 표면 수지층은 커버 필름과 방수 원단용 기재의 코팅사의 코팅제가 가열에 의해 용융 융착되어 형성된 수지층으로, 방수 원단용 기재의 방수 성능을 더 증대시킨다. 커버 필름은 0.05 내지 0.30mm 두께의 열가소성 폴리우레탄 소재의 필름이 사용된다. 열가소성 폴리우레탄 소재는 열에 의한 변형이 용이하며, 열처리를 통한 부착 작업에 적합하다. 커버 필름의 두께는 코팅사로 제직된 방수 원단용 기재의 표면에 형성되는 방수 기능을 수행하는 표면 수지층의 형성과 관계된다. 만약 커버 필름의 두께가 0.05mm미만인 경우 가열 융착 동작에 의해 커버 필름이 열에 완전히 용융되어 충분한 방수성을 확보하기 어렵다. 반면, 커버 필름의 두께가 0.30mm를 초과하는 경우, 가열에 따른 방수 원단용 기재의 표면과의 융착이 잘 일어나지 않아 표면 수지층을 형성하기 힘들며, 커버 필름의 과도한 무게와 두께로 방수 원단의 유연성이 떨어질 수 있다. 커버 필름은 필요에 따라 투명, 반투명 또는 색상이 함유된 필름을 사용할 수 있다.
다음으로, 방수 원단용 기재의 이면에 부직포 웹을 가열 융착시켜 이면 수지층을 형성한다(S140). 부직포 웹은 열가소성 폴리우레탄 수지를 30% 이상 함유한다. 부직포 웹은 방수 원단용 기재의 이면 즉, 표면 수지층이 형성된 면의 반대면에 가열을 통해 용융 부착된다. 이면 수지층은 부직포 웹과 방수 원단용 기재의 코팅사의 코팅제가 가열에 의해 용융 융착되어 형성된 수지층이다. 부직포 웹의 가열 융착에 의해 방수 원단의 방수 성능이 추가적으로 증대되고 방수 원단의 형태 안정성이 증대된다.
마지막으로, 이면 수지층의 표면에 안감용 직물을 가열 융착시켜 추가 수지층을 형성한다(S150). 안감용 직물은 나일론사를 이용하여 제직된다. 안감용 직물은 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하며, 이면 수지층의 표면에 가열을 통해 용융 부착된다. 추가 수지층은 안감용 직물과 부직포 웹의 열가소성 폴리우레탄 수지가 가열에 의해 용융 융착되어 형성된 수지층이다. 안감용 직물의 부착에 의해 방수 원단의 방수 성능이 추가적으로 증대되고 방수 원단의 상품성이 개선된다.
상술한 제조 방법의 사용하여 방수 원단을 제조하는 경우 방수 원단용 기재에 발수 처리 공정을 생략할 수 있어, 발수 처리 공정에 따른 비용, 시간, 및 환경 오염 문제를 감소시킬 수 있다. 또한, 방수 원단용 기재의 표면 및 이면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 가열 융착하여 방수 원단용 기재와 일체로 형성된 표면 및 이면 방수층을 형성하여 방수 성능이 개선된다. 또한, 열가소성 폴리우레탄 수지를 코팅제로 사용한 코팅사를 이용하여 열 성형 공법으로 제작된 방수 원단을 사용하여 제품의 제조가 가능하여, 종래의 패터닝을 통해 봉제 방식의 제품 제조 공정 대비 제품의 형태 안정성이 개선될 수 있다. 본원 발명의 방수 원단은 표면 수지층에 추가적으로 이면 수지층, 추가 수지층을 형성하여 높은 내오염성, 방수성, 및 내구성을 가진다. 따라서, 다양한 종류의 사물의 운송용으로도 사용할 수 있다.
(1) 코팅사 제조
6.5 g/d 이상의 강도를 갖는 고강력 폴리에스테르사를 선정하고, 준비된 심사를 크릴에 장치하고 코팅제의 도포량이 심사에 충분히 스며들 수 있게 장력을 조절하여 전체적으로 장력 균형을 맞춘다.
열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하며, 자외선 차단제 및 안료를 함유한 코팅제를 사출기에 투입시켜 코팅사를 제조한다. 이때, 사출기의 용융 온도는 180 내지 209℃로 조절하며, 사출 후 실온 상태에서 곧바로 수냉식 냉각장치를 통해 급속 냉각 처리한다. 냉각 후 열풍건조기를 거쳐 완전히 건조하여 코팅 섬유를 완성한다. 건조효율을 높이기 위해 열풍건조기는 코팅 섬유가 일직선이 되게 조절하여 순차적으로 배치된 복수의 서로 다른 건조 온도를 가지는 건조용 챔버를 사용할 수 있다. 사출기의 사출 온도가 209℃ 이하이므로, 심사로 사용되는 섬유는 그 녹는점이 209℃ 이상이어야 한다. 심사의 일 예로 폴리에스테르사를 들었지만, 녹는점이 209℃ 이상을 갖는 다른 섬유들 예컨대, 나일론사와 같은 섬유도 심사로 사용될 수 있다.
제조되는 코팅사의 성분비율은 코팅제로 열가소성 폴리우레탄 수지 65 내지 70중량%, 자외선차단제를 8 내지 10중량% , 안료 0.1 내지 0.3중량%를 함유하고, 잔부로서 코어인 폴리에스테르 고강력 저수축사 26.9 내지 19.7중량%를 함유하도록 제조될 수 있다. 자외선차단제의 양은 방수 원단이 사용될 제품에 따라 조절될 수 있다. 예컨대, 야외에서 주로 사용될 제품의 경우 자외선차단제의 양을 증가시킬 수 있고, 실내에서 주로 사용될 제품의 경우 자외선차단제의 양을 감소시킬 수 있다. 안료는 색상의 변경을 막기 위해 무기안료를 사용하며, 필요에 따라 다양한 색상의 안료를 사용할 수 있다.
(2) 방수 원단용 기재 제직
제조된 코팅사를 제직하여 방수 원단용 기재를 만든다. 이때, 코팅사는 제직 과정 전 수용성 오일로 도포될 수 있다. 코팅사의 논 슬립성으로 인해 경사와 직교하는 위사 공급의 불균일이 직물의 불균일을 유발할 수 있기 때문에 수용성 오일을 도포하여 제직성을 높인다. 수용성 오일이 도포된 코팅사를 이용하여 직물을 제조한다.
(3) 커버 필름 준비
방수 원단용 기재의 제직이 완료되면 방수 원단용 기재의 표면에 가열 융착될 커버 필름을 준비한다. 커버 필름으로는 열가소성 폴리우레탄 필름이 사용되며, 열에 의해 변형이 용이하여 열처리를 통한 접착에 적합하다. 가열 융착에 의해 방수 성능을 갖는 표면 수지층을 형성하기 위해 접합용 필름의 두께는 0.05 내지 0.30mm 두께가 적당하다. 커버 필름은 경도 92 내지 95A, 밀도 1.21 내지 1.23g/cm3 , 90 내지 120% 모듈러스, 내마모성 25 내지 30 mg/1000 사이클(cycle) 을 갖는 고밀도 열가소성 폴리우레탄 수지를 티-다이(T-die) 압출법을 이용하여 제조된다.
(4) 열융착에 따른 표면 수지층 형성
방수 원단용 기재와 커버 필름을 열 프레스기를 이용하여 가열 융착한다. 이때, 열 프레스기는 온도 215 내지 225℃, 압력 2 내지 2.5kg/cm2, 및 속도 15m/min으로 설정하여 사용한다. 열 프레스기의 가압 및 가열에 의해 커버 필름과 코팅사의 열가소성 폴리우레탄이 용융 부착되어 표면 수지층이 형성된다.
(5) 열융착에 따른 이면 수지층 및 추가 수지층 형성
방수 원단의 추가적인 방수 성능 증대, 방수 원단의 형태 안정성 개선을 위해 방수 원단용 기재의 이면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 30중량% 이상 함유하는 부직포 웹을 가열 융착하여 이면 수지층을 형성할 수 있다.
또한, 방수 원단의 추가적인 방수 성능 증대 및 상품성 개선을 위해 이면 수지층의 표면에 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하는 나일론사로 제직된 안감용 직물을 가열 융착하여 추가 수지층을 형성할 수 있다. 또한, 원단의 형태 안정성을 추가적으로 개선하기 위해 안감용 직물 대신 열가소성 폴리우레탄 수지를 함유하는 부직포 웹을 가열 융착하여 추가 수지층을 형성할 수도 있다.
이와 같은 과정을 거친 방수 원단은 인장 강도가 경사방향이 930 내지 970N 이고, 위사 방향이 850 내지 900N 이고, 파열 강도 1,300 내지 1,700N을 가지며, 내수압 10000mm의 방수 성능을 가진다.
100: 방수 원단 110: 방수 원단용 기재
120: 커버 필름 130: 부직포 웹
140: 안감용 직물

Claims (12)

  1. 심사의 표면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 코팅제가 코팅되어 있는 코팅사로 제직된 직물;
    열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 커버 필름이 상기 직물의 표면에 가열융착에 의해 적층되어 형성된 표면 수지층; 및
    상기 직물의 이면에는 열가소성 폴리우레탄 수지가 적어도 30중량% 이상 함유된 부직포 웹이 열 융착된 이면 수지층을 포함하며,
    상기 코팅사의 성분비율은 코팅제로 열가소성 폴리우레탄 수지 65 내지 70중량%, 자외선차단제를 8 내지 10중량% , 안료 0.1 내지 0.3중량%를 함유하고, 잔부로서 코어인 폴리에스테르 고강력 저수축사 26.9 내지 19.7중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 방수 원단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅사는 상기 코팅제의 단면적이 상기 심사의 단면적의 2배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 방수 원단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 필름은 0.05mm 내지 0.30mm 의 두께인 것을 특징으로 하는 방수 원단.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 심사는 폴리에스테르사인 것을 특징으로 하는 방수 원단.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이면 수지층의 표면에는 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하는 안감용 직물이 열 융착된 추가 수지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 원단.
  7. 방수 원단의 제조 방법에 있어서,
    심사를 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 코팅제로 코팅한 코팅사를 준비하는 단계;
    상기 코팅사를 제직하여 방수 원단용 기재를 준비하는 단계;
    상기 방수 원단용 기재의 표면에 열가소성 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 커버 필름을 가열융착하여 표면 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 방수 원단용 기재의 이면에 열가소성 폴리우레탄 수지가 적어도 30% 이상 함유된 부직포 웹이 가열융착하여 이면 수지층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 코팅사의 성분비율은 코팅제로 열가소성 폴리우레탄 수지 65 내지 70중량%, 자외선차단제를 8 내지 10중량% , 안료 0.1 내지 0.3중량%를 함유하고, 잔부로서 코어인 폴리에스테르 고강력 저수축사 26.9 내지 19.7중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 방수 원단의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅사는 상기 코팅제의 단면적이 상기 심사의 단면적의 2배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 방수 원단의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버 필름은 0.05mm 내지 0.30mm 의 두께인 것을 특징으로 하는 방수 원단의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 표면 수지층을 형성하는 단계는 상기 방수 원단용 기재의 표면에 상기 커버 필름을 온도 215 내지 225℃, 압력 2 내지 2.5kg/cm2으로 가압하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방수 원단의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 이면 수지층의 표면에 열가소성 폴리우레탄 액상 수지를 함유하는 안감용 직물을 가열융착하여 추가 수지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 원단의 제조 방법.
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