KR102649410B1 - 재활용 pu 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법 - Google Patents
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- C09J175/04—Polyurethanes
Abstract
본 발명은 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 조건과 처리속도를 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지할 수 있으며, 이에 따라 종래보다 다량(60중량% 이내)의 재활용 소재를 사용하더라도 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성함에 따라 원재료 비용을 절감하고 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후에 사이드 피드(side-feeder)를 통해 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용하더라도 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트 제품의 품질이 양호한 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 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 원단을 접착시키는 공정이 많이 적용되고 있으며, 상기와 같이 원단과 합포된 폼(foam) 시트는 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트 제품으로 재단하거나, 또는 몰드(mold)에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 성형 및 재단하는 것이 일반적이다.
상기와 같은 신발용 폼(foam) 시트를 제조하는 종래기술로서, 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.
또한, 동 특허 제10-2096984호(바스프 에스이)는 폴리우레탄 발포체로 구성된 매트릭스 및 이에 포함된 열가소성 폴리우레탄의 발포입자를 포함하는 조합 발포체(combination foam)로서, 매트릭스 및 입자는 각각 폴리올 성분 및 폴리이소시아네이트 성분으로 이루어지며, 매트릭스 및 입자의 폴리올 성분을 형성하는 기본구성 블록(basic building block)의 50중량% 이상이 동일하고, 매트릭스 및 입자의 폴리이소시아네이트 성분을 형성하는 기본구성 블록의 50중량% 이상이 동일하며, 이에 의해 매트릭스는 완전히 연속기포이고 매트릭스 내의 발포입자는 적어도 부분적으로 독립기포인 조합 발포체에 관한 것이다.
그리고 본 발명자가 개발한 대한민국 특허 제10-2131606호의 소수성 나노실리카가 배합된 접착수지를 이용한 도트합포 신발 인솔 및 그 제조방법에 의하면, 소수성 작용기가 포함된 나노실리카를 접착수지에 배합하여 접착수지 내에서의 분산성 향상 및 내수성이 보강되고 인장강도가 증대되며, 또한 상기 접착수지는 신발 인솔형상 내에 음각의 도트 패턴이 메쉬타입(mesh-type)으로 형성된 전사롤러를 이용하여 폼(foam)과 원단(fabric) 중의 어느 일면에 전사되어 성형됨으로써 오버플로우(overflow) 현상을 방지하여 접착 성능이 우수할 뿐만 아니라 보다 얇은 두께(10 ~ 40㎛)의 접착수지를 도포하더라도 종래의 제품보다 균일한 접착강도와 우수한 내구성을 확보하고 부드러운 감촉을 나타내면서 제품의 경량화 및 재료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 특허 제10-2131606호는 전사롤러 표면에 도포된 접착수지 중 음각의 도트 패턴이외에 도포된 접착수지를 제거하고 신발 인솔형상 내에 음각의 도트 패턴이 메쉬타입(mesh-type)으로 형성된 전사롤러 표면에 도포된 접착수지를 폼(foam)과 원단(fabric) 중의 어느 일면에 전사하여 압착함으로써 신발 인솔형상을 재단한 후 발생되는 35 ~ 40% 정도의 스크랩을 각각의 폼과 원단으로 손쉽게 분리하여 재활용할 수 있어 환경 친화적이고 원가 절감을 실현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 종래에는 재활용 소재를 다량으로 함유하는 폴리우레탄 폼 조성물이 바인더를 사용하여 제조됨에 따라 폼 시트 내부의 경화된 바인더로 인해 제품 내에 딱딱한 부분이 발생되고 탄성이 떨어지는 문제점이 있었는데, 본 발명에서는 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후에 사이드 피드(side-feeder)를 통해 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용하더라도 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트 제품의 품질이 양호한 신발용 폼 시트의 제조방법을 개발한 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 조건과 처리속도를 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지할 수 있으며, 이에 따라 종래보다 다량(60중량% 이내)의 재활용 소재를 사용하더라도 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성함에 따라 원재료 비용을 절감하고 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법은, 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water) 0.1 ~ 2중량%의 비율로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 신발용 폼 시트를 제조함에 있어서, 상기 폴리올(Polyol)에 대하여 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 혼합한 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하는 단계(S100); 이에 대하여 사이드 피드(side-feeder)를 통해 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%의 비율로 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S200); 상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S300); 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400); 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 특정 형상의 제품으로 재단하거나, 또는 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 특정 형상의 제품으로 성형 및 재단하는 단계(S500);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 재활용 PU 스크랩 분말은 평균 입자크기 50 ~ 300㎛의 크기로 분쇄된 것이고, 상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400)에서 사용되는 접착제는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 어느 1종의 수지조성물로 이루어지는 액상 접착제 또는 핫멜트 필름로서, 상기 특정 형상의 제품은 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지 중의 어느 1종인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의한 TPU 분말 및 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법은 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 처리속도를 적절히 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지할 수 있으며, 이에 따라 종래보다 다량(60중량% 이내)의 재활용 소재를 사용하더라도 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성함에 따라 원재료 비용을 절감하고 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 신발용 폼 시트의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 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 발명은 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water) 0.1 ~ 2중량%의 비율로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 신발용 폼 시트를 제조함에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 재활용 PU 스크랩 분말 20 ~ 60중량%의 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 ~ 0.35g/㎤ 이내의 범위를 갖는 신발용 폼 시트(예를 들면, 신발 인솔, 신발 갑피용 폼 패키지 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 발명에서 사용되는 재활용 PU 스크랩은 예를 들면, 본 발명자가 개발한 특허 제10-2131606호의 소수성 나노실리카가 배합된 접착수지를 이용한 도트합포 신발 인솔의 제조방법으로부터, 폼(10)과 원단(30)이 합포된 패키지(package) 중의 신발 인솔형상을 재단한 후 발생되는 35 ~ 40% 정도의 스크랩을 각각의 폼과 원단으로 손쉽게 분리하여 재활용할 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 원단과 분리된 PU 스크랩은 단계별 분쇄공정을 거쳐서 평균 입자크기 50 ~ 300㎛의 크기로 분쇄된 재활용 PU 스크랩 분말을 원재료(폴리올)에 혼합함으로써 원재료와 균일하게 혼련되어 성형성과 탄성이 양호함으로 인해 제품의 품질을 안정적으로 확보하기에 유리하다.
상기 재활용 PU 스크랩 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.
이에 따라 본 발명은 수발포로 이루어지는 친환경 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 폼 조성물에 대하여 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 조건과 처리속도를 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지함에 따라 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용하더라도 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성할 수 있는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법은, 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water) 0.1 ~ 2중량%의 비율로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 신발용 폼 시트를 제조함에 있어서, 상기 폴리올(Polyol)에 대하여 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 혼합한 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하는 단계(S100); 이에 대하여 사이드 피드(side-feeder)를 통해 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%의 비율로 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S200); 상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S300); 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400); 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 특정 형상의 제품으로 재단하거나, 또는 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 특정 형상의 제품으로 성형 및 재단하는 단계(S500);로 이루어진다.
먼저, 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하는 단계(S100)에서는 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water) 0.1 ~ 2중량%의 비율로 구성되는 원재료 중의 폴리올(Polyol)에 대하여 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 1차 혼합하는데, 만일 상기 재활용 PU 스크랩 분말이 20중량%를 초과할 경우 원재료의 점도가 상승하여 추후 폼 반응을 위한 혼련이 어렵기 때문에 반응성이 불량하게 된다.
상기와 같은 이유로, 종래에는 폴리우레탄 폼 조성물에 혼합되는 재활용 PU 스크랩 분말의 함량을 20중량% 이내로 제한하는 것이 폐기물을 재활용하는 통상적인 한계치로 인식되었으나, 본 발명에서는 상기 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 투입할 수 있는 별도의 사이드 피드(side-feeder)를 구비하여 원료의 배합에 따른 반응속도를 용이하게 조절함으로써 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말의 함량을 최대 60중량%까지 포함할 수 있는 공정상의 기술을 확보하게 된 것이다.
이에 따라 본 발명에서는 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S200)에서 구비되는 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 조건과 처리속도를 조절하여 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%의 비율로 첨가함으로써 원재료의 점도 상승을 방지하여 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용함에도 불구하고 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성할 수 있게 된다는 사실을 확인하였다.
상기와 같이 형성되는 폴리우레탄 블록 폼은 1 ~ 10㎜ 이내(통상 2, 4, 5, 6㎜ 등)의 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S300); 및 상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400)를 거치게 되는바, 상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S300)에서 사용되는 접착제는 상기 폴리우레탄 폼 시트(PU foam sheet)와의 상용성이 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 용제를 사용하지 않아 친환경적일 뿐만 아니라 작업성과 생산성이 양호하고 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 특정 형상의 제품으로 재단하거나, 또는 몰드(mold)에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 특정 형상의 제품으로 성형 및 재단하는 단계(S500)를 거쳐 신발용 폼 시트가 제조되는데, 이때, 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 성형하는 단계를 거칠 경우에는 온도 150 ~ 200℃, 압력 40 ~ 60㎏f/㎠의 히트 프레스(heat press)에 의해 성형할 시, 통상적으로 신발 인솔의 경우 약 100초, 신발 갑피용 폼 패키지의 경우 약 40초 정도의 성형시간이 별도로 소요된다.
상기와 같은 5단계(S100 ~ S500) 공정 중의 가장 핵심적인 특징은 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 50 ~ 300㎛인 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상의 처리속도를 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지하여 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용함에도 불구하고 성형성이 저하되지 않고 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성할 수 있으므로, 신발 인솔 등의 제조과정에서 대량으로 발생되는 PU폼 스크랩을 재활용함으로써 환경에 친화적이고 원가 절감을 실현할 수 있다.
상기 재활용 PU 스크랩 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 품질(성형성, 탄성)이 저하될 우려가 있다. 또한, 그와 같은 이유와 마찬가지로 상기 재활용 PU 스크랩 분말에 포함되는 입자 중의 최대 입자크기는 500㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
아래에서는 본 발명에 의한 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법을 구체적으로 살펴보기로 하되, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1] 신발 인솔의 제조
본 발명에 따라 제조되는 신발 인솔은 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트와 사슬연장제, 및 발포제로서 물 등으로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 을 중합시켜 제조하는 방식으로, 아래와 같은 5단계로 이루어진다.
▶ 제1단계: 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트 및 발포제로서 물(water)을 0.1 ~ 2중량% 범위로 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 상기 폴리올(Polyol)에 대하여 평균 입자크기 150㎛인 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 혼합한 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하였다.
▶ 제2단계: 사이드 피드(side-feeder)를 통해 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 150㎛인 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%를 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하였다.
▶ 제3단계: 상기 폴리우레탄 블록 폼을 4㎜ 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하였다.
▶ 제4단계: 상기 4㎜ 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 열가소성 폴리우레탄(TPU) 핫멜트 필름을 이용하여 폴리에스테르섬유 원단과 합포하였다.
▶ 제5단계: 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 특정 형상의 제품으로 재단하여 신발 인솔을 제조하였다.
상기 실시예 1에서와 같은 신발 인솔을 제조할 시, 제1단계 및 제2단계에서 폴리우레탄 폼 조성물에 포함되는 재활용 PU 스크랩 분말의 비율에 따라 히트 프레스(heat press)에 의해 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 제5단계에서 신발 인솔형상으로 가공하는 성형성 및 외관상태를 수회 평가한 결과에 대한 평균치를 아래 [표 1]에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1-1 |
실시예 1-2 |
실시예 1-3 |
실시예 1-4 |
실시예 1-5 |
실시예 1-6 |
비교예 1 |
| (제1단계) PU스크랩 분말(w%) | 10 | 10 | 15 | 15 | 20 | 20 | 30 |
| (제2단계) PU스크랩 분말(w%) | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 0 |
| 성형성 및 외관상태 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 |
[실시예 2] 신발 갑피용 폼 패키지의 제조
본 발명에 따라 제조되는 신발 갑피용 폼 패키지는 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트와 사슬연장제, 및 발포제로서 물 등으로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 중합시켜 제조하는 방식으로, 아래와 같은 5단계로 이루어진다.
▶ 제1단계: 원재료로서 폴리올과 이소시아네이트 및 발포제로서 물(water)을 0.1 ~ 2중량% 범위로 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 상기 폴리올(Polyol)에 대하여 평균 입자크기 150㎛인 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 혼합한 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하였다.
▶ 제2단계: 사이드 피드(side-feeder)를 통해 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 평균 입자크기 150㎛인 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%를 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하였다.
▶ 제3단계: 상기 폴리우레탄 블록 폼을 2㎜ 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하였다.
▶ 제4단계: 상기 2㎜ 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 열가소성 폴리우레탄(TPU) 핫멜트 필름을 이용하여 PU스킨필름 원단과 합포하였다.
▶ 제5단계: 상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 특정 형상의 제품으로 재단하여 신발 갑피용 폼 패키지를 제조하였다.
상기 실시예 2에서와 같은 신발 갑피용 폼 패키지를 제조할 시, 제1단계 및 제2단계에서 폴리우레탄 폼 조성물에 포함되는 재활용 PU 스크랩 분말의 비율에 따라 히트 프레스(heat press)에 의해 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 신발 갑피용 폼 패키지형상으로 가공하는 성형성 및 외관상태를 수회 평가한 결과에 대한 평균치를 아래 [표 2]에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 2-1 |
실시예 2-2 |
실시예 2-3 |
실시예 2-4 |
실시예 2-5 |
실시예 2-6 |
비교예 2 |
| (제1단계) PU스크랩 분말(w%) | 10 | 10 | 15 | 15 | 20 | 20 | 30 |
| (제2단계) PU스크랩 분말(w%) | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 0 |
| 성형성 및 외관상태 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 |
상기 [표 1], [표 2]에서와 같이, 실시예 1-1 내지 1-6에 의해 제조된 신발 인솔 및 실시예 2-1 내지 2-6에 의해 제조된 신발 갑피용 폼 패키지는 성형성 및 원단과 폴리우레탄 폼 시트간의 접착성과 외관상태 등의 품질이 모두 우수한 것으로 판명되었으며, 비교예 1, 2와 같이 제1단계에서 폴리우레탄 폼 조성물에 혼합되는 재활용 PU 스크랩 분말이 20중량%를 초과할 경우 원재료의 점도가 상승하여 추후 폼 반응을 위한 혼련이 어렵고 반응성이 불량함에 따라 제품의 밀도와 경도가 불균일해진다는 사실을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명은 폴리우레탄 폼 조성물에 일정한 입자크기의 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통해 공정상 조건과 처리량을 조절하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 원재료의 점도 상승을 방지할 수 있으므로, 종래보다 다량의 재활용 소재를 사용함에도 불구하고 제품의 품질이 기존과 동등한 수준의 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지와 같은 신발용 폼 시트를 형성할 수 있음을 확인하였다.
[실험예]
본 발명에 의한 폴리우레탄 폼 조성물의 예시적인 특성을 확인하기 위해, 본 발명에서 필요로 하는 경도와 밀도의 범위 내에서 실시예 1-5 및 실시예 2-5와 같이 평균 입자크기가 약 150㎛인 재활용 PU 스크랩 분말을 50중량% 범위로 함유하는 2종의 폴리우레탄 폼 시트(신발 인솔, 신발 갑피용 폼 패키지)를 기존의 히트 프레스와 동일한 조건으로 제조하였으며(온도 150 ~ 200℃ & 압력 40 ~ 60㎏f/㎠), 이에 대한 물성을 수회 테스트한 결과를 아래 [표 3]에 나타내었다.
| 물성 | 단위 | 신발 인솔 | 신발 갑피용 폼 패키지 |
| 경도(ASKER C) | - | 21 / 25 / 28 / 29 / 27 | 19 / 19 / 19 / 20 / 20 |
| 밀도 | g/㎤ | 0.18 / 0.16 / 0.16 | 0.14 / 0.15 / 0.15 |
| 인열강도 | ㎏f/㎝ | 2.5 / 2.3 / 2.1 | 1.8 / 1.8 / 2.0 |
| 인장강도 | ㎏f/㎠ | 4.6 / 4.6 / 4.8 | 3.8 / 3.5 / 3.6 |
| 신율 | % | 105 / 109 / 101 | 123 / 110 / 118 |
| 수축률 | % | 0.10 / 0.25 / 0.30 | 0.09 / 0.15 / 0.20 |
- 경도 : JIS K 7312에 근거한 ASKER C형 Durometer
상기 [표 3]에서와 같이, 본 발명에 따른 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트는, 재활용 PU 스크랩 분말을 폴리올(Polyol)과 1차로 혼합한 후 사이드 피드(side-feeder)를 통하여 재활용 PU 스크랩 분말을 2차로 첨가하면서 반응시킴으로써 인열강도, 인장강도, 신율, 수축률 등의 전반적인 물성이 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하지 않은 기존의 폴리우레탄 폼 시트와 동등한 수준으로 제조될 수 있음을 확인하였으며, 상기 폴리우레탄 폼 성형체는 경도(ASKER C-Type) 8 ~ 40 및 밀도 0.05 ~ 0.35g/㎤ 이내의 범위를 갖게 된다.
따라서 본 발명에 의해 제조되는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트는 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 인솔 및 신발 갑피(장식)용 폼 패키지는 물론, 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)
- 원재료로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 사슬연장제(Chain extender), 및 발포제로서 물(water) 0.1 ~ 2중량%의 비율로 구성되는 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 신발용 폼 시트를 제조함에 있어서,
상기 폴리올(Polyol)에 대하여 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 20중량%의 비율로 혼합한 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하는 단계(S100);
이에 대하여 사이드 피드(side-feeder)를 통해 상기 폴리우레탄 폼 조성물 총중량을 기준으로 재활용 PU 스크랩 분말 10 ~ 40중량%의 비율로 첨가한 후 반응시켜 폴리우레탄 블록 폼을 제조하는 단계(S200);
상기 폴리우레탄 블록 폼을 원하는 두께로 절단하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 단계(S300);
상기 원하는 두께로 절단된 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400);
상기 원단과 합포된 폴리우레탄 폼 시트를 특정 형상의 제품으로 재단하거나, 또는 몰드에 넣고 히트 프레스(heat press)에 의해 특정 형상의 제품으로 성형 및 재단하는 단계(S500);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 재활용 PU 스크랩 분말은 평균 입자크기 50 ~ 300㎛의 크기로 분쇄된 것을 특징으로 하는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼 시트를 원단과 합포하는 단계(S400)에서 사용되는 접착제는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 어느 1종의 수지조성물로 이루어지는 액상 접착제 또는 핫멜트 필름인 것을 특징으로 하는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 특정 형상의 제품은 신발 인솔 또는 신발 갑피용 폼 패키지 중의 어느 1종인 것을 특징으로 하는 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트의 제조방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 재활용 PU 스크랩 분말을 함유하는 신발용 폼 시트.
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