KR102314886B1 - 인공피혁의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감성품질이 향상된 인공피혁에 관한 것으로, 해도형 극세사를 이용하여 부직포를 형성하고, 부직포에서 해성분을 용출함으로써 극세화 섬유의 부직포를 만들고, 부직포에 폴리비닐알콜(PVA) 처리를 하고, 탄성체로 폴리우레탄을 함침하고, 표면에 기모를 형성하고, 원하는 색상으로 염색 및 후가공을 하여 인공피혁이 제조된다.
본 발명에 의하면, 해성분을 용출한 이후에, 부직포에 PVA를 패딩시키고 실린더 롤을 통과시켜 처리함으로써, 부직포의 고밀도화와 동시에 형태안정성을 가지도록 하여, 감성품질과 함께 외관품질도 향상되는 인공피혁을 제공하는 것이 가능해진다.

Description

인공피혁의 제조방법{manufacturing method of artificial leather}

본 발명은 감성품질이 향상된 인공피혁의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 인공피혁의 제조방법은, 해도형 극세사를 이용하여 니들펀칭 등의 부직포 제조공정을 통해 부직포를 형성하고, 부직포에 고분자 탄성체를 부여하고, 해성분을 적절한 용매를 이용하여 용출함으로써 부직포를 구성하는 섬유의 극세화를 한 후, 표면에 기모를 형성하고, 원하는 색상으로 염색 및 후가공을 하는 것을 통해 이루어진다.

이때 인공피혁에서 우수한 감성과 물성을 발현하기 위해 고밀도의 부직포가 필요하다.

고밀도의 부직포를 위해, 부직포 제조공정에서 니들펀칭의 횟수를 고도화하거나 고압 수류에 의한 스펀레이스법 등을 사용하여 고밀도의 부직포를 구현할 수 있으나, 이러한 방법은 물리적인 방법으로 부직포의 고밀도화에 한계가 있다.

한편, 고분자 탄성체를 부여하기 전에 해성분 용출공정을 먼저 진행함으로써 부직포를 구성하는 섬유를 극세화하여 고밀도화하는 방법이 제시되고 있다.

그러나 이러한 방법에 의하면 용출 후 남아있는 도성분만으로는 형태안정성이 극도로 나빠지므로 후속되는 인공피혁의 제조공정에서 변형이 일어나 가공이 어려워지고 품질이 나빠진다.

이를 해결하기 위해 해성분을 용출하기 전에 폴리비닐알콜(PVA)로 전처리하는 방법이 제시되고 있지만, 이 경우에 PVA의 처리에 의해 섬유가 고정된 구조를 형성하고 PVA의 분포 제어가 어려워 품질향상에 한계가 있다.

대한민국등록특허공보 제0475542호(발명의 명칭: 초극세사 부직포 인공피혁의 제조방법) 대한민국등록특허공보 제0050418호(발명의 명칭: 유연성이 우수한 인공피혁의 제조방법)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, PVA의 처리 공정을 개선하여 부직포의 고밀도화를 통해 감성품질을 향상하면서도 외관품질이 우수한 인공피혁의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 폴리에스테르 해도사를 이용하여 부직포를 제조하는 단계; 상기 부직포를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해도사의 해성분을 용출시키고 제거하여 용출포를 얻는 용출 단계; 상기 용출포를 폴리비닐알콜(PVA) 수용액으로 침지 처리를 하고, 실린더 롤에 상기 용출포를 접촉시켜 통과시키면서 건조를 하여 폴리비닐알콜(PVA)이 패딩된 부직포를 얻는 폴리비닐알콜(PVA) 패딩 단계; 상기 부직포를 폴리우레탄 함침액에 침지하고 폴리우레탄을 응고시키고 수세를 하여 폴리우레탄이 함침된 부직포를 얻는 탄성체 함침 단계; 및 상기 부직포의 표면을 버핑을 하여 기모를 형성하고 염색을 하는 단계;를 포함한 인공피혁의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 해도사로 이루어진 부직포의 해성분을 용출한 이후에, 부직포를 PVA 수용액에 침지를 하고 실린더 롤을 통과시켜 처리함으로써, 부직포의 고밀도화와 동시에 형태안정성을 가지며, 부직포 내에 PVA의 분포를 균일하게 제어하여 후속 공정인 탄성체 함침 단계에서 함침되는 탄성체의 분포 및 량을 제어하므로 최종적으로 인공피혁에서 터치감, 소프트감 등과 같은 감성품질과 함께 표면 기모의 밀도, 길이, 균일성 등과 같은 외관품질이 향상된 인공피혁을 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 해도형 극세사를 이용하여 니들펀칭법에 의해 부직포를 형성하고, 부직포를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해도사의 해성분을 용출시키고 제거함으로써 극세화 섬유의 부직포를 만들고, 상기 부직포에 폴리비닐알콜(PVA)을 함침시키고, 탄성체로 폴리우레탄을 함침시키고, 표면에 기모를 형성하고, 원하는 색상으로 염색 및 후가공을 하는 단계로 이루어진 인공피혁의 제조방법이다.

본 발명은 해도사 부직포의 해성분을 용출하여 제거한 이후에 부직포에 PVA의 함침처리를 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부직포는 복합방사공정을 통해 해도사 필라멘트를 제조하고, 해도사 필라멘트를 절단하여 단섬유를 제조하고, 절단된 단섬유를 사용하여 부직포를 제조할 수 있다.

상기 해도사는 용제에 용해되어 용출되는 해(海)성분의 제 1폴리머와 용제에 용해되지 않고 잔존하는 도(島)성분의 제 2폴리머를 이용하여 복합방사하는 공정을 포함한다.

상기 해성분의 제 1폴리머는, 공중합 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 알칼리 수용액에 대한 용해성이 우수한 개질 공중합 폴리에스테르로 이루어진다.

상기 도성분의 제 2폴리머는, 알칼리 수용액에 용해되기 어려운 염료에 의한 염색이 가능한 폴리아미드 또는 폴리에스테르 등으로 이루어질 수 있고, 구체적으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시에틸렌 벤조에이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 등을 들 수 있다.

상기 해도사에서 도성분과 해성분의 비율은 50:50 ~ 80:20 중량%인 것이 섬유의 형태를 안정적으로 형성하고 용출을 단시간에 용이하게 할 수 있어 바람직하다.

상기 해도사의 단섬유는 상기 복합방사된 해도사를 2~5배 연신하고, 10~30개/인치의 크림프를 제공하고, 열 고정한 이후에 40~60mm의 길이로 절단하여 제조할 수 있다.

상기 부직포는 상기 해도사의 단섬유를 카딩(carding) 공정 및 크로스래핑(crosslapping) 공정을 통해 웹(Web)을 여러 장으로 적층하여 형성하는 공정 및 형성된 웹을 니들의 관통밀도가 2000~2400 ppsc가 되도록 니들펀치하는 니들펀칭 공정을 포함하여 제조될 수 있다.

이때, 부직포의 평량은 100~700g/㎡인 것이 바람직한데, 100g/㎡ 미만이면 단위 면적당 섬유량이 부족하여 인공피혁의 고급스러운 외관을 나타낼 수 없고, 700g/㎡를 초과하면 과도한 중량으로 니들의 파손 등과 같은 생산성의 저하가 발생할 수 있다.

이후, 상기 부직포를 수축시키는 수축 단계를 실시할 수 있다.

상기 수축 단계는 부직포를 스팀 또는 열수에 통과시켜 처리할 수 있는데, 스팀을 이용할 경우 80 ~ 110℃의 온도 및 90% 이상의 상대습도에서 행해질 수 있고, 열수를 이용하는 경우 80℃ 이상의 열탕에서 1분 이상 유지시켜 행한 다음에, 열 캘린더로 압착하여 실시할 수 있다.

상기 수축에 의해 부직포의 밀도를 향상시킬 수 있다.

이후, 수축된 부직포에서 극세섬유를 형성하기 위해 가성소다와 같은 알칼리 수용액을 이용하여 해도사에서 해성분을 용출시켜 제거하는 용출 단계를 실시할 수 있다.

상기 해도사의 해성분인 제 1폴리머가 용출된 이후에 도성분에 의한 섬유의 섬도가 0.3 데니어 이하인 것이 극세섬유의 촉감을 증진하며, 0.001 데니어 이상인 것이 염색 견뢰도 및 강도를 위해 바람직하다.

상기 용출 단계에 의해 해도사에서 도성분의 주위를 둘러 쌓은 해성분의 제거로 인해 섬유 번들 사이에서 자유도가 증가하여 섬유간 밀도를 좀 더 증가시킬 수 있다.

그러나 이렇게 극세화된 섬유로 이루어진 부직포는 형태안정성이 매우 나빠지므로 후속되는 인공피혁의 제조공정에서 형태의 변화가 일어나 품질과 물성이 저하가 발생하게 된다.

이를 억제하기 위해 용출 단계 이후에 부직포에 PVA 수용액을 침지하고 건조시키는 PVA 처리 단계를 실시할 수 있다.

일반적으로 PVA는 호제로 기능을 하여 섬유에 뻣뻣함을 부여할 수 있다.

그런데 PVA는, 저분자량의 수용성 고분자 물질로, 수용액 상태에서 열을 가하면 수분의 이동 방향과 동일한 방향으로 이동하는 마이그레이션(migration) 거동을 나타낸다.

본 발명에서는 부직포에 PVA를 침지하고 열 실린더에 접촉시켜 통과시키는 처리를 함으로써, 부직포의 표면 또는 이면 방향에서 열을 강하게 제공하여 PVA가 이동하도록 하여, 부직포의 단면구조에서 PVA의 분포가 상이하게 구배를 이루도록 할 수 있다.

본 발명에서는 이와 같이 부직포의 단면구조에서 PVA의 분포를 제어함으로써, 즉 부직포의 표면, 이면 및 내면에서 PVA의 패딩량을 원하는 량만큼으로 자유로이 변화시켜, 이후 공정인 폴리우레탄 탄성체 함침 단계에서 폴리우레탄의 함침량과 함침 구조에 영향을 끼쳐 부직포의 단면에서 폴리우레탄의 함침 분포를 자유로이 조절하여 부직포의 형태안정성을 향상함과 동시에 감성 품질을 향상할 수 있다.

호제로 작용하는 PVA는 부직포의 침지와 건조시에 섬유와 섬유를 접착하는 바인더 역할을 함으로써 부직포의 형태를 안정화시키는 역할을 할 수 있다.

하지만, 통상의 방법으로 PVA 처리를 한 부직포의 경우에 건조시 마이그레이션 작용에 따라 표면으로 이동한 PVA가 표면에 집중되어 층을 형성함으로써 표면이 딱딱하게 변형되어 공정성 및 가공성이 떨어지고, 이후 고분자 탄성체의 함침공정에서 탄성체의 안정적인 침투가 어려워, 균일한 함침구조의 발현이 어렵고 함침량의 제어도 어렵게 된다.

본 발명에서는 부직포를 PVA에 침지하고 꺼내어 표면, 이면 또는 표면과 이면에 열을 가하여 PVA가 마이그레이션되도록 하여 부직포에서 PVA의 함침 분포를 제어하는 것이다.

이때 PVA의 패딩량은 2~15 중량%, 바람직하게는 3~10 중량%이다.

PVA 패딩량이 2 중량% 미만이면 부직포의 형태안정성이 나빠지며, 15 중량%를 초과하면 공정안정성이 저하하여 인공피혁의 제조가 어려워지고 탄성체 함침 공정에서 탄성체의 침투가 저하되어 탄성체의 함량 저하로 인한 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.

이후, 상기 부직포를 폴리우레탄 탄성체에 침지하고 응고시키고 수세하는 탄성체 함침 단계를 실시할 수 있다.

이로 인하여 이미 분섬 및 밀도가 결정되어 있어 섬유 사이의 공극 부분에 탄성체가 들어가게 되어 최종제품에서는 밀도가 향상된 제품을 얻을 수 있다.

한편, 상기 수세로 인해 부직포에 함침된 PVA가 제거될 수 있다.

이후, 탄성체가 부여된 부직포의 표면을 버핑하여 기모를 형성하고 염색 및 후가공 처리를 실시하여 인공피혁을 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면 인공피혁의 표면은 밀도의 향상으로 입모밀도가 높아지고 이로 인해 기모의 밀도, 길이, 균일성 등이 향상되어 외관 품질이 향상되며, 인공피혁의 내부는 치밀한 구조를 형성하게 되어 충만감, 볼륨감, 소프트감 등 감성품질이 향상될 수 있다.

이하에 본 발명을 실시예와 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

[실시예 1]

1) 해도형 단섬유의 제조

도성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를, 해성분으로 알칼리 가용성의 공중합 폴리에스테르를 준비하고, 상기 도성분 : 해성분이 70 : 30의 중량비를 가지도록 복합방사하여 얻어지는 해도형 필라멘트를 3.0배 연신하고, 크림프 수가 13개/인치가 되도록 크림핑을 하고 열고정을 한 후에, 51mm로 절단하여 해도형 단섬유를 제조하였다.

2) 부직포의 제조

상기 해도형 단섬유를 카딩 공정 및 크로스 래핑 공정을 통해 다층의 웹을 형성한 후 니들펀칭을 실시하여, 500g/㎡의 평량과 0.230g/㎤의 겉보기 밀도를 갖도록 부직포를 제조하였다.

3) 용출포의 제조

상기 부직포를 10 중량% 농도의 가성소다 수용액으로 함침처리를 하여 픽업율(Pick up rate) 100 중량%로 패딩처리를 한 후에, 즉시 고온 스팀 연속용출기에서 100℃의 온도와 90%의 상대습도 조건으로 선용출 처리를 하여, 극세화 섬유의 고밀도 용출포(부직포)를 제조하였다.

4) PVA 처리

상기 극세화 섬유의 고밀도 용출포를 10 중량%의 PVA 수용액으로 침지처리를 하여 픽업율 100 중량%로 패딩처리를 한 후에, 연속으로 배열된 10개의 실린더 롤에 부직포의 표면과 이면을 교차로 접촉시켜 통과시키면서 건조를 하여 PVA가 패딩된 부직포를 제조하였다.

이때 상기 실린더 롤의 온도 조건은 하기 표 1과 같다.

5) 탄성체가 함침된 부직포의 제조

상기 4) 단계의 부직포를 디메틸포름아마이드 용매에 폴리우레탄이 용해된 폴리우레탄 함침 용액에 침지하고, 상기 폴리우레탄을 응고시키고, 물로 수세하여 폴리우레탄이 함침된 부직포를 제조하였다.

6) 인공피혁의 제조

상기 폴리우레탄이 함침된 부직포의 표면을 버핑(Buffing)하여 기모를 형성하고, 분산염료를 이용하여 고압 래피드 염색기에서 염색을 하여 인공피혁을 제조하였다.

[실시예 2~3]

상기 실시예 1에서, 실린더 롤의 온도를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서, 극세화 섬유의 고밀도 용출포를 10% 중량%의 PVA 수용액으로 침지처리를 하여 픽업율 100 중량%로 패딩처리를 한 후에, 실린더 롤이 없는 열풍 건조기에서 150℃에서 건조를 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 4) PVA 처리를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.

구분	실시예 1(℃)	실시예 2(℃)	실시예 3(℃)	비교예 1(℃)	비교예 2(℃)
실린더 롤 1	90	90	90	150	-
실린더 롤 2	90	90	90
실린더 롤 3	150	130	100
실린더 롤 4	100	130	150
실린더 롤 5	150	130	100
실린더 롤 6	100	130	150
실린더 롤 7	130	130	100
실린더 롤 8	130	130	150
실린더 롤 9	130	130	100
실린더 롤 10	130	130	150

<평가방법>

1) 길이 신장률

인공피혁 제조 공정 중에서 부직포 제조 후 제혁공정이 진행되기 전에 최초의 부직포의 길이를 측정(L1)하고 염색 및 후가공이 완료된 이후의 전체 길이(L2)를 측정하여 아래의 공식을 이용하여 계산한다.

길이 신장률(%) = ((L2 - L1) / L1) x 100

길이 신장률로부터 형태안정성을 평가할 수 있다.

2) 폴리우레탄(PU) 탄성체의 함량

PU함량(W)의 평가는 완성된 인공피혁을 회전식 연속칼날이 장착된 단면 슬라이스기를 사용하여 표면부분과 이면부분을 동일 두께로 반등한 후 내부에 함침되어 있는 PU의 양을 정량한다.

정량 방법은 DMF에 인공피혁을 침지하여 80℃, 4시간 유지 후에 여러 차례 DMF 및 물로 수세하여 함침되어 있는 PU를 완전히 제거함으로써 기존 인공피혁의 중량(W1)과 PU 제거 이후의 중량(W2)을 측정하여 그 차이를 PU함량으로 한다.

W=((W1-W2)/W1)

3) 외관품질

전문가 5인으로 구성된 평가단이 입모 및 색상의 균일성, 주름, 바닥비침, 벌키감 및 고급감의 5개 항목들에 대하여 관능 시험을 실시한다.

각 전문가는 각 항목별로 1점 단위로 평가하여 0 ~ 5점(5점: 최우수)을 부여하고, 전문가별로 5개 항목들에 대한 점수들을 합산한 후, 5인의 전문가들의 점수를 다시 합산하여 총점을 구한다.

이어서 아래 표 2의 기준에 의해 평가한다.

총점	외관 품질 평가
0~25	×
26~50	△
51~75	○
76~100	◎
100~125	☆

4) 질감

전문가 5인으로 구성된 평가단이 유연성, 충만감 및 꺽임성의 항목들에 대하여 관능 시험을 실시한다.

각 전문가는 각 항목별로 1점 단위로 평가하여 0 ~ 5점(5점: 최우수)을 부여하고, 전문가별로 항목들에 대한 점수들을 합산한 후, 5인의 전문가들의 점수를 다시 합산하여 총점을 구한다.

이어서 아래 표 3의 기준에 의해 평가한다.

총점	질감 평가
0~15	×
16~30	△
31~45	○
46~60	◎
61~75	☆

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 인공피혁에 대해 상기 평가방법에 따라 그 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
길이 신장률(%)		5.0	4.5	4.5	6.0	15.0
PU함량 (중량%)	표면	18	15	11	12	18
	이면	12	15	19	13	19
외관품질		◎	◎	☆	△	×
질감		◎	☆	◎	△	×

상기 표 1의 결과로부터 본 발명의 인공피혁은 길이 신장률이 비교예보다 낮으므로 형태의 변화 정도가 낮게 되어 형태안정성이 우수한 것으로 확인된다.

이는 PVA가 극세화 부직포의 섬유와 섬유를 접착하는 바인더 역할을 함으로써 부직포의 형태를 안정화시키는 것에 기인한다.

또한, 본 발명의 인공피혁은 외관품질과 질감이 모두 비교예보다 우수한 것으로 확인된다.

이는 본 발명의 부직포에서 PVA의 마이그레이션에 의해 결과적으로 폴리우레탄 탄성체의 함량이 내면에서 증가하게 되므로 충만감이 향상되어 질감이 향상되고(실시예 2참조), 표면에서 폴리우레탄의 함량이 감소하면서 부직포의 고밀도화에 따른 기모 특성이 발현되어 외관품질이 향상되는데 기인한다.

Claims (6)

1. 폴리에스테르 해도사를 이용하여 부직포를 제조하는 단계;
   상기 부직포를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해도사의 해성분을 용출시키고 제거하여 용출포를 얻는 용출 단계;
   상기 용출포를 폴리비닐알콜 수용액으로 침지 처리를 하고, 실린더 롤에 상기 용출포를 접촉시켜 통과시키면서 건조를 하여 폴리비닐알콜이 패딩된 부직포를 얻는 폴리비닐알콜 패딩 단계;
   상기 부직포를 폴리우레탄 함침액에 침지하고 폴리우레탄을 응고시키고 수세를 하여 폴리우레탄이 함침된 부직포를 얻는 탄성체 함침 단계; 및
   상기 부직포의 표면을 버핑을 하여 기모를 형성하고 염색을 하는 단계;를 포함하며,
   상기 실린더 롤의 온도는 90~150℃이고,
   상기 폴리비닐알콜 패딩 단계에서 상기 용출포의 표면, 이면, 또는 표면과 이면에 상기 실린더 롤을 접촉시키는 것으로,
   상기 부직포의 표면 및 이면이 상기 실린더 롤과의 접촉 온도에 따라,
   상기 폴리우레탄의 함침량이, 상기 부직포의 표면 또는 이면에서 다른 면의 방향으로 저하되도록 분포되거나, 표면과 이면이 내면보다 많되 동일한 함침량으로 분포되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리비닐알콜 패딩 단계에서 폴리비닐알콜의 패딩량은 2~15 중량%인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
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