KR102648958B1 - Tpu 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법에 관한 것으로, 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 일정량 함유함으로써 그로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공할 시, 몰드에서 성형하는 공정상의 시간을 절반 수준으로 줄임에 따라 제품 생산성을 대폭 향상시킴과 동시에 고가의 에너지 비용을 절감할 수 있는 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄 폼 조성물에 대하여 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 함유함으로써 그로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트를 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공하는 공정상의 성형시간을 절반 수준으로 단축할 수 있는 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 구두, 운동화, 등산화 등 각종 신발은 신발의 외관을 형성하는 갑피(Upper leather), 지면과 접촉되는 밑창(Outsole), 밑창의 상측에 설치되는 중창(Midsole) 및 발바닥과 접촉되는 안창(Insole, 이하 ‘인솔’이라 함)으로 이루어진다. 이때, 인솔은 신발의 내부 바닥면에 설치되어 보행 중에 지면으로부터 발바닥으로 작용되는 충격력을 완화시키고 착용감과 위생을 향상시키도록 형성된다.
상기와 같은 신발 인솔(Insole)은 발의 건강이 인체에 매우 중요한 요소라는 연구결과를 토대로 다양한 기능이 부가되고 있다. 예컨대, 인솔에는 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 인체공학적 구조로 성형되거나 땀의 흡수성, 항균 및 탈취기능을 향상시키기 위한 소재가 많이 개발되고 있으며, 최근에는 신발 인솔에 열선이 내장되어 온열 기능을 제공함으로써 동절기에 동상을 방지할 수 있도록 하는 기술이 제안되고 있다.
그리고 상기 신발 인솔용으로 많이 사용되는 재료로는 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-vinyl acetate, EVA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 라텍스(Latex) 소재 등을 발포 성형하여 폼(foam) 시트 형태로 제조되며, 이들은 통상 접착제 또는 핫멜트 필름을 사용하여 천연 또는 인조 섬유(fiber)로 직조된 원단(fabric)과 접착된다.
이러한 접착공정은 액체상태의 접착제를 피착재에 도포한 후 건조를 통해 용제나 수분을 휘발시킨 상태에서 원단과 접착시킴으로써 재봉공정보다 공정시간과 작업인원을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 비용 절감을 극대화하기 위해서는 액상 접착제를 사용하는 대신 열가소성 핫멜트 필름을 사용하여 히트 프레스로 원단을 접착시키는 공정이 많이 적용되고 있으며, 상기와 같이 원단과 합포된 폼(foam) 시트는 고온의 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공하는 성형공정을 거치는 것이 일반적이다.
상기와 같은 폼(foam) 시트를 이용하여 신발용 안창(인솔, Insole)을 제조하는 종래 기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2009-0086791호(신승욱)는 구두의 바닥면에 부착시켜 발이 미끄러지는 것을 예방해주고 우수한 충격흡수성 및 복원력을 갖기 위해, 0.8∼1.0g/㎤의 밀도를 갖는 고밀도 폴리우레탄 폼을 열처리한 후 냉각프레스로 가압하여 신발 쿠션의 형상으로 절편, 성형하여 이루어지는 쿠션층(10)과; 상기 쿠션층(10)이 피착물에 부착되는 표면에 폴리아크릴레이트, 천연고무 또는 합성고무 점착제, 열용융형 점착제가 코팅되어 있는 점착층(20); 및 상기 점착층(20)을 보호하는 이형지층(30);이 순차적으로 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 폴리우레탄 폼을 이용한 접착식 구두 쿠션에 관한 것이다.
또한, 동 특허 제10-1569659호(나이키 이노베이트 씨.브이.)에서는 요망되는 양의 열가소성 폴리우레탄 발포체 비드(thermoplastic polyurethane foam bead)를 물품 형상의 압축 모울드(compression mold)에 배치시키는 단계로서, 열가소성 폴리우레탄 발포체 비드가 0.01 내지 0.3g/㎤의 밀도를 갖는 단계, 모울드를 닫는 단계, 모울드를 300 내지 1,500초의 기간에 걸쳐 130℃ 내지 180℃의 최대 온도가 되게 하는 단계, 최대 온도에 도달한 직후 내지 그로부터 30초 내에 모울드를 300 내지 1,500초의 기간에 걸쳐 5℃ 내지 80℃의 온도로 냉각시키는 단계, 및 물품을 꺼내는 단계를 포함하는 발포된 물품(foamed article)을 성형하는 방법을 개시하고 있다.
그리고 본 발명자는 특허 제10-1760577호를 통해 쿠션감이 향상되고 미끄러짐 현상을 방지함은 물론 장시간 착용시에도 땀 흡수성이 뛰어나 쾌적한 상태를 오랫동안 유지하기 위해, 친수성 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 수지를 제조하는 단계와; 상기 폴리우레탄 수지 50~95중량%를 물 5~50중량%에 배합하고 이를 믹싱한 후 몰드에 투입하여 발포시킨 다음, 이를 다시 40~60분 동안 경화시켜 폴리우레탄 발포 스킨을 제조하는 단계와; 발포 성형된 폴리우레탄 폼과 상기 폴리우레탄 발포 스킨 사이에 접착제를 도포하여 접착시키되, 상기 폴리우레탄 폼과 폴리우레탄 발포 스킨의 두께를 2:1의 비율로 형성하여 이들을 라미네이팅 접착하여 신발용 인솔을 제조하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 신발용 인솔의 제조방법을 개발한바 있다.
한편, 본 발명에서는 수(水)발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼(foam) 조성물에 대하여 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 일정량 함유함에 의해, 그로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 성형 가공하는 시간을 줄일 수 있는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법에 관하여 연구하였다.
본 발명의 목적은 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 일정량 함유함으로써 그로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공할 시, 몰드에서 성형하는 공정상의 시간을 절반 수준으로 줄임에 따라 제품 생산성을 대폭 향상시킴과 동시에 고가의 에너지 비용을 절감할 수 있는 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 PU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물은, 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리우레탄 폼 조성물을 이용한 신발 인솔의 제조방법은, 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100); 상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S200); 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300); 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 온도 150 ~ 200℃, 압력 40 ~ 60㎏f/㎠의 히트 프레스(heat press)에 의해 80 ~ 120초 동안 성형하여 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400); 상기 가공된 신발 인솔형상을 재단하는 단계(S500);를 순차적으로 포함하는 신발 인솔의 제조방법에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유하여 상기 히트 프레스(heat press)에 의한 성형시간을 40 ~ 60초 이내로 단축시키는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말은 버진(virgin) TPU 및 재생(recycled) TPU 중에서 선택되는 어느 1종을 단독으로 사용하거나 이들을 혼합하여 사용하며, 상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300)에서 사용되는 접착제는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 어느 1종의 수지조성물로 이루어진다.
이에 따라 상기와 같은 제조방법으로 제조되는 신발 인솔은 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖는 폴리우레탄 폼 시트 위에 원단이 일체로 합포된 구조로 형성된다.
본 발명의 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법은, 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 일정량 함유함으로써 그로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공할 시, 몰드에서 성형하는 공정상의 시간을 절반 수준으로 줄임에 따라 제품 생산성을 대폭 향상시킬 뿐만 아니라 고가의 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 신발 인솔의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
일반적으로, 폴리우레탄 수지는 중합체 중에 이소시아네이트기(-NCO)와 수산기(-OH)의 반응에 의해서 생성된 우레탄결합을 기본으로 하여 생성된 수지로서 그 원료는 폴리올(Polyol), 이소시아네이트(Isocyanate), 사슬연장제(Chain extender) 등을 포함하며, 폴리우레탄을 구성하는 소프트 세그먼트와 하드 세그먼트의 비율을 조절하면 고무와 같은 탄성이 있는 제품부터 플라스틱같이 경질의 제품까지 다양한 분자 설계가 가능하다.
이러한 폴리우레탄 수지의 특징은 피막강도, 접착강도가 우수하기 때문에 얇은 코팅막의 제조가 가능하고 코팅피막의 탄력성이 풍부하여 촉감이 부드러운 다공질막 필름(film)이나 시트(sheet)로 제조할 수 있어 투습성, 통기성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 내한성이 우수하며, 가소제를 사용하지 않고 가공하기 때문에 가소제로 인하여 발생되는 작업성 문제가 적다.
또한, 상기 폴리올은 이소시아네이트와 함께 반응하여 폴리우레탄을 제조하는데 사용되는 활성수소화합물로서 분자 중에 하이드록실기, 카르복실기, 아민기 등의 활성수소기를 2개 이상 가진 것을 말하며, 분자구조, 분자량, 작용기(functionality) 그리고 OH-value에 따라 다양한 종류를 사용함에 의해 폴리우레탄의 물성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
예를 들면, 폴리에스테르 폴리올을 사용한 폴리우레탄은 폴리에테르 폴리올을 사용한 폴리우레탄에 비하여 인장강도, 경도와 신율이 높고 난연성이 우수할 뿐만 아니라 내화학성, 내약품 특성이 우수하여 산화에 강하고 폴리에스테르나 나일론 등으로 제직된 각종 원단과의 접착력이 우수한 반면에, 폴리에테르 폴리올과는 달리 가수분해하는 성질이 있어 내수성이 약하다는 것이 단점이다. 그러나 폴리에테르 폴리올을 사용한 폴리우레탄은 탄성이 우수하고 고온 다습한 환경 하에서도 사용이 가능하고 산과 알칼리에 대한 우수한 내구성을 보여주기 때문에 이들을 용도에 따라 단독 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 수지의 제조는 에틸렌옥사이드의 중합으로 만들어진 폴리에테르가 디이소시아네이트와 혼합되면 폴리우레탄이 생성되며, 우레탄은 알코올기가 이소시아네이트와 반응할 때 생기는 혼합아미드-에스테르로서 디올 대신에 트리올을 사용하면 교차결합이 일어나서 열경화성 폴리우레탄이 생성된다.
이에 따라 본 발명에 의한 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물은 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 발포제로서 물(water)을 0.1 ~ 2중량% 범위로 포함함으로써 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖는 폼 성형체(예를 들면, 신발 인솔, 신발갑피 폼 성형체 등)를 제조할 수 있는데, 발포제인 물(water)은 폴리올 성분과 미리 혼합하거나 추후 이소시아네이트 성분과 혼합함과 동시에 폴리올 성분과 혼합될 수도 있다.
상기 발포제는 작업성 및 친환경성을 고려하여 저탄소원인 물(water)을 일정량 포함함으로써 탄소 배출을 최소로 저감시키면서 원하는 밀도의 폴리우레탄 폼 성형체를 제조할 수 있으며(물은 이소시아네이트 화합물과 반응하여 이산화탄소 가스를 발생함), 본 발명은 기존에 많이 사용되는 발포제로서 이산화탄소, 클로로플루오로카본 등의 플루오르화카본류, 펜탄 및 시클로펜탄 등의 탄화수소류, 플루오르화 탄화수소류, 또는 에어로딩장치를 이용하여 공기나 질소 가스를 폴리올 성분에 미리 분산해 놓는 방식은 작업성이 불량할 뿐만 아니라 탄소 배출 등의 환경적 유해성 및 고가의 에너지 비용 등을 고려하여 바람직하지 않는 것으로 연구되었다.
본 발명에서는 수많은 시행착오를 거친 결과, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유함으로써 성형시간을 대폭적으로 단축할 수 있다는 사실을 발견하였으며, 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU) 분말은 동종의 고분자수지인 폴리우레탄(PU) 폼 조성물과의 물리적, 화학적 혼화성이 매우 우수하다는 사실을 기반으로 가장 적합한 혼련성을 갖는 입자크기로 분산시킴에 따라 히트 프레스(heat press)에 의한 성형성은 물론 제품의 품질(균질성, 탄성도, 내구성)이 매우 양호하게 된다.
상기 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말은, 원하는 성형체의 경도와 밀도에 따라 특정된 범위 내에서 입자크기 또는 그 함량을 조절할 수 있는데, 평균 입자크기가 50㎛에 미달될 경우 폴리우레탄 폼 조성물과의 혼련성이 나빠지고, 300㎛를 초과할 경우 분산성이 불량해지기 때문에 성형 후 제조되는 제품의 불량률이 증가될 우려가 있다. 또한, 그 함량이 5중량%에 미달될 경우 히트 프레스(heat press)에 의한 성형시간 감축효과가 미미하고, 30중량%를 초과하면 성형체의 경도를 균일하게 형성하기 위한 공정상의 조건에 제약이 따르기 때문에 원하는 탄성(쿠션성)을 갖는 폼(foam) 성형체를 제조하기 어렵게 된다.
상기 TPU(열가소성 폴리우레탄)는 전형적인 (AB)n 형태의 공중합체로서 하드 세그먼트(hard segment)와 소프트 세그먼트(soft segment)가 반복되는 구조로 구성됨으로 인하여 열적 거동 및 표면 특성이 특이한 기계적, 물리적 성질을 가짐에 따라 강인성이 높고 내마모성, 유연성 및 가공성이 우수하여 표면 피복제나 인조 피혁용 등의 재료로서 많이 이용되고 있으며, 이는 별도의 가소제를 첨가하지 않더라도 열에 의해 소성가공이 가능한 탄성체라는 사실에 주안점을 두고 있다.
본 발명에 의한 폴리우레탄 폼 조성물의 예시적인 특성을 확인하기 위해, 본 발명에서 필요로 하는 경도와 밀도의 범위 내에서 평균 입자크기가 약 150㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 20중량% 범위로 함유하는 2종의 폴리우레탄 폼 성형체(신발 인솔용, 신발 폼 패키지용)를 기존의 히트 프레스와 동일한 조건으로 제조하였으며(온도 150 ~ 200℃ & 압력 40 ~ 60㎏f/㎠), 이에 대한 물성을 수회 테스트한 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
| 물성 | 단위 | 신발 인솔용 | 신발 폼 패키지용 |
| 경도(ASKER C) | - | 30 / 29 / 29 / 30 / 29 | 19 / 19 / 19 / 20 / 20 |
| 밀도 | g/㎤ | 0.148 / 0.148 / 0.148 | 0.142 / 0.143 / 0.143 |
| 인열강도 | ㎏f/㎝ | 3.1 / 3.0 / 3.1 | 2.4 / 2.4 / 2.6 |
| 인장강도 | ㎏f/㎠ | 6.4 / 6.1 / 6.6 | 5.6 / 5.3 / 5.4 |
| 신율 | % | 105 / 105 / 111 | 123 / 110 / 118 |
| 수축률 | % | 0.18 / 0.17 / 0.15 | 0.09 / 0.05 / 0.05 |
- 경도 : JIS K 7312에 근거한 ASKER C형 Durometer
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명에 따른 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 폼 성형체는 히트 프레스(heat press)에 의한 성형시간을 종래(120초 이하)보다 절반(60초 이하) 수준으로 단축했음에도 불구하고, 인열강도, 인장강도, 신율, 수축률 등의 전반적인 물성이 TPU 분말을 함유하지 않은 기존의 폴리우레탄 폼 성형체와 동등한 수준으로 제조될 수 있음을 확인하였으며, 상기 폴리우레탄 폼 성형체는 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용한 신발 인솔의 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용한 신발 인솔의 제조방법은, 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100); 상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S200); 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300); 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 온도 150 ~ 200℃, 압력 40 ~ 60㎏f/㎠의 히트 프레스(heat press)에 의해 80 ~ 120초 동안 성형하여 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400); 상기 가공된 신발 인솔형상을 재단하는 단계(S500);를 순차적으로 포함하여 이루어지되, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유하여 상기 히트 프레스(heat press)에 의한 성형시간을 40 ~ 60초 이내로 단축시키는 것을 기술적 요지로 하고 있다.
먼저, 상기 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100)에서 사용되는 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트와 사슬연장제, 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 반응시키는 과정에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 발포제로서 물(water)을 0.1 ~ 2중량% 범위로 포함함으로써 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖는 폴리우레탄 폼 시트 위에 원단이 합포되어 형성된 신발 인솔을 제조할 수 있다.
본 발명에서는 작업성 및 친환경성을 고려하여 저탄소원인 물(water)을 일정량 포함함으로써 이소시아네이트 화합물과 반응하여 이산화탄소 가스를 발생함에 따라 상기와 같은 원하는 밀도의 폴리우레탄 블록 폼을 제조할 수 있는데, 상기 발포제로 작용하는 물(water)은 폴리올 성분과 미리 혼합하거나 추후 이소시아네이트 성분과 혼합함과 동시에 폴리올 성분과 혼합될 수도 있다.
상기 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100) 후에 상기 폴리우레탄 블록 폼을 1 ~ 10㎜ 이내(통상 2, 4, 5, 6㎜ 등)의 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S200); 및 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300)를 거치게 되는바, 상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300)에서 사용되는 접착제는 상기 폴리우레탄 폼 시트와의 친화성이 우수한 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 어느 1종의 수지조성물로 이루어지는 액상 접착제 또는 핫멜트 필름을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)로 이루어지는 접착제는 작업성과 생산성이 양호하고 용제를 사용하지 않아 친환경적일 뿐만 아니라 접착력이 우수하고 유연한 재질상의 특성으로 인하여 다양한 원단과의 접착력을 확보하기에 유리하며, 특히 상기 폴리우레탄 폼 시트와의 강한 접착력을 장기간 유지하여 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
다음으로, 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 온도 150 ~ 200℃, 압력 40 ~ 60㎏f/㎠의 히트 프레스(heat press)에 의해 80 ~ 120초 동안 성형하여 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400); 및 상기 가공된 신발 인솔형상을 재단하는 단계(S500)를 거쳐 신발 인솔이 제조되는데, 본 발명은 상기 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400)에서 소요되는 성형시간을 40 ~ 60초 이내로 단축시킴으로써 본 발명을 완성하였다.
상기와 같은 5단계(S100 ~ S500) 공정 중의 가장 핵심적인 특징은 상기 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100)에 있어서, 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유함으로써 상기 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400)에서의 성형시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다는 사실을 발견하였으며, 이는 제품 생산성을 배가시킬 수 있음과 동시에 고가의 에너지 비용을 절감하고 탄소 배출량을 줄일 수 있음은 물론이다.
즉, 본 발명은 폴리우레탄 폼 조성물에 TPU 분말을 포함함에 따라 동일한 온도 및 압력 조건에 의한 히트 프레스(heat press) 작업을 실시하더라도 인발 인솔형상으로 가공하는 성형시간을 절반 수준으로 줄일 수 있게 됨에 따라 본 발명이 구현하고자 하는 목적과 효과를 달성하게 된 것이다.
상기 열가소성 폴리우레탄(TPU) 분말은 동종의 고분자수지인 폴리우레탄 폼 조성물과의 화학적인 혼화성이 매우 우수함은 물론 가장 적합한 혼련성을 갖는 입자크기로 분산됨에 따라 히트 프레스(heat press)에 의한 성형성이 매우 양호하며, 평균 입자크기가 50㎛에 미달될 경우 폴리우레탄 폼 조성물과의 혼련성이 나빠지고, 300㎛를 초과할 경우 분산성이 불량해지기 때문에 성형 후 제조되는 제품의 불량률이 증가될 우려가 있다. 또한, 그와 같은 이유와 마찬가지로 상기 TPU 분말에 포함되는 입자 중의 최대 입자크기는 500㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말은 버진(virgin) TPU 및 재생(recycled) TPU, 예를 들면 폐섬유 스크랩(scrap) 또는 폐기되는 신발용 에어백(air-bag) 등을 회수하여 분쇄시킨 재생 TPU 중에서 선택되는 어느 1종을 단독으로 사용하거나 이들을 일정 비율로 배합하여 사용할 수도 있다.
마지막으로, 상기 신발 인솔형상을 재단하는 단계(S500)를 거쳐 제조된 신발 인솔은 통상적으로 로고작업을 실시하고 포장하는 단계를 거치며, 상기와 같이 제조된 신발 인솔은 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖는 폴리우레탄 폼 시트 위에 원단이 일체로 합포된 구조로 형성되는 것이다.
아래에서는 본 발명에 의한 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용한 신발 인솔의 제조방법을 구체적으로 살펴보기로 하되, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예]
본 발명에 따른 신발 인솔의 제조방법은 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트와 사슬연장제, 및 발포제로서 물(water) 등을 혼합하고 이를 중합시켜 제조하는 방법으로서, 아래와 같은 5단계로 이루어진다.
▶ 제1단계: 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트 및 발포제로서 물(water)을 0.1 ~ 2중량% 범위로 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물에 대하여 평균 입자크기 150㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하였다.
▶ 제2단계: 상기 폴리우레탄 블록 폼을 4㎜ 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하였다.
▶ 제3단계: 상기 4㎜ 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 열가소성 폴리우레탄(TPU) 핫멜트 필름을 이용하여 폴리에스테르 섬유원단과 합포하였다.
▶ 제4단계: 상기 섬유원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 온도 170℃, 압력 50㎏f/㎠ 정도의 히트 프레스(heat press)에 의해 성형하여 신발 인솔형상으로 가공하였다.
▶ 제5단계: 상기 가공된 신발 인솔형상을 재단하여 신발 인솔을 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예와 같이 신발 인솔을 제조할 시, 폴리우레탄 폼 조성물에 포함되는 TPU 분말의 비율에 따라 히트 프레스(heat press)에 의해 섬유원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 신발 인솔형상으로 가공하는 성형시간을 측정하기 위해, TPU 분말을 함유하지 않은 동일한 종류의 폴리우레탄 폼 시트를 신발 인솔형상으로 가공하는 성형시간과 비교하여 시험하였으며, 이에 따른 성형시간과 성형성 및 외관상태를 수회 평가한 결과에 대한 평균치를 아래 [표 2]에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 |
| TPU 분말 (w%) |
5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 0 |
| 성형시간 (초) |
60 | 57 | 53 | 50 | 45 | 40 | 100 |
| 성형성 및 외관상태 |
양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 |
상기 [표 2]에서와 같이, 실시예 1 내지 6에 의해 제조된 신발 인솔은 비교예와 마찬가지로 성형성 및 섬유원단과 폴리우레탄 폼 시트간의 접착성과 외관상태 등의 품질이 모두 우수한 것으로 판명되었으며, 다만 상기 TPU 분말의 함량이 30w%를 초과할 경우에는 상기 히트 프레스(heat press)에 의한 성형작업 시, 상기 폴리우레탄 폼 시트 내에 존재하는 TPU 분말의 일부가 용융되는 현상으로 인하여 섬유원단과 폴리우레탄 폼 시트가 합포되는 조인트부에 오버플로우(overflow)되는 현상이 일부 관찰됨에 따라 인솔 제품의 밀도와 경도가 불균일해질 가능성이 있음을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명은 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 일정한 입자크기의 TPU 분말을 적정 비율로 함유함으로써 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 히트 프레스(heat press)에 의해 신발 인솔형상으로 성형 가공하는 시간을 절반 수준으로 줄임에 따라 제품 생산성을 대폭 증진시킴과 동시에 고가의 에너지 비용을 절감할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 TPU 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 특히 환경에 친화적이고 생산성과 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있어 균일한 성형성과 내구성이 요구되는 각종 신발 인솔은 물론 신발 갑피(장식)용 폼 패키지, 섬유나 천연 및 합성피혁, 플라스틱 등으로 제조되는 의류, 가방, 스포츠용품이나 생활용품, 산업용품 등의 내부에 사용되는 성형재, 완충재, 충진재와 같은 기능이 요구되는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
Claims (5)
- 삭제
- 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water)로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S100);
상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S200);
상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300);
상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 온도 150 ~ 200℃, 압력 40 ~ 60㎏f/㎠의 히트 프레스(heat press)에 의해 80 ~ 120초 동안 성형하여 신발 인솔형상으로 가공하는 단계(S400);
상기 가공된 신발 인솔형상을 재단하는 단계(S500);를 순차적으로 포함하는 신발 인솔의 제조방법에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말을 5 ~ 30중량% 비율로 함유하여 상기 히트 프레스(heat press)에 의한 성형시간을 40 ~ 60초 이내로 단축시키는 것을 특징으로 하는 신발 인솔의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 TPU(Thermoplastic polyurethane) 분말은 버진(virgin) TPU 및 재생(recycled) TPU 중에서 선택되는 어느 1종을 단독으로 사용하거나 이들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 신발 인솔의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300)에서 사용되는 접착제는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 어느 1종의 수지조성물로 이루어지는 액상 접착제 또는 핫멜트 필름인 것을 특징으로 하는 신발 인솔의 제조방법. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되어 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.2g/㎤ 이내의 범위를 갖는 폴리우레탄 폼 시트 위에 원단이 일체로 합포된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 신발 인솔.
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| KR1020230037864A KR102648958B1 (ko) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | Tpu 분말을 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 신발 인솔의 제조방법 |
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2023
- 2023-03-23 KR KR1020230037864A patent/KR102648958B1/ko active IP Right Grant
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