KR102664474B1 - 탄력 특성이 향상된 인공피혁 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄력 특성이 향상된 인공피혁에 관한 것으로, 극세섬유 부직포에 탄성체를 부여하고 기모를 형성하고 염색하여 이루어지는 인공피혁의 제조방법에 있어서, 탄성체를 부여할 때에, 부직포를 폴리우레탄에 침지하여 함침하고 압착하고 다시 폴리우레탄을 도포하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 부직포에 고분자 탄성체로서 폴리우레탄을 함침시킨 이후에 부직포의 표면에 폴리우레탄을 도포하여 탄성체를 부여함으로써, 표면으로부터 아래 방향으로 상이한 밀도의 구배를 형성하여 천연 피혁과 유사한 질감을 나타내면서 인공피혁의 탄력 특성이 향상되는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 부직포에 고분자 탄성체로서 폴리우레탄을 함침시킨 이후에 부직포의 표면에 폴리우레탄을 도포하여 탄성체를 부여함으로써, 표면으로부터 아래 방향으로 상이한 밀도의 구배를 형성하여 천연 피혁과 유사한 질감을 나타내면서 인공피혁의 탄력 특성이 향상되는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은 탄력 특성이 향상된 인공피혁에 관한 것이다.
인공피혁은 극세섬유가 3차원적으로 교락되어 형성된 부직포에 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 것으로서, 천연 피혁과 유사하게 부드러운 질감 및 독특한 외관을 가져, 신발, 의류, 장갑, 잡화, 가구 및 자동차 내장재 등과 같은 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
이와 같은 인공피혁은 다양한 용도에 사용되므로 형태안정성과 내구성이 요구되면서 강신도, 인열강도 및 내마모성 등의 기계적 물성 면에서 우수하여야 하고, 탄력성, 유연성, 신축성, 부드러운 촉감, 딱딱하지 않은 질감 등과 같은 감성품질이 우수하여야 한다.
일반적으로 인공피혁은, 부직포에 고분자 탄성체로서 폴리우레탄을 용액화하여 함침시키고 응고공정을 거쳐 표면을 버핑하고 염색하여 제조되는데, 부직포 구성 소재 및 구조에 기인하여 탄력 특성과 신축성의 발현에 한계가 있어왔다.
또한, 함침 공정에서 액상의 폴리우레탄을 부직포 내부로 고르게 침투시키기 위해 압착을 이용하는 방법은 침투된 폴리우레탄 용액이 탈락하고, 이로 인하여 부직포 내부에 공극이 다량으로 발생하여 탄력 특성이 향상되는데에 한계가 있는 문제점이 있다.
한편, 대한민국공개특허공보 특1987-0005144에 반발탄성 및 촉감이 우수한 스웨드조 인공피혁의 제조방법이 기재되어 있다.
상기 특허에 의하면, 극세사 부직포에 탄성 고분자물질을 함침시키고, 버핑과 염색을 하고, 이후에 폴리우레탄프리폴리머를 함침시켜 후가공 처리하여 제조함으로써, 반발탄성 및 촉감이 우수한 스웨드조 인공피혁을 제공할 수 있다고 하였다.
그러나 상기 방법은 탄성체인 폴리우레탄 성분을 특정하게 조절하여 이루어지는 것으로 상기 폴리우레탄프리폴리머를 함침하고 가교시키는 추가 공정이 필요하고 원료인 폴리우레탄 탄성체의 탄력을 향상시켜야 하고 후가공 처리에 이종의 폴리우레탄을 사용하여야 하는 문제점이 있다.
대한민국공개특허공보 특1998-050077에 탄성력이 우수한 부직포 인공피혁의 제조방법이 기재되어 있다.
상기 특허에 의하면 인공피혁을 구성하는 부직포에서 폴리에스테르 극세사와 폴리에스테르계 폴리우레탄 극세사의 구성비율을 조절하여 인공피혁의 탄력성을 향상하고 폴리우레탄 탄성체를 함침시키는 공정을 생략하는 방법이 나타나있다.
그러나 상기 방법은 탄성이 있는 혼방사를 이용하는 방법으로서, 이러한 혼방사가 물리적으로 결합되어 부직포를 형성하게 될 경우에 결합된 섬유가 부직포에서 탄성을 발현하는데에 한계를 나타내는 문제점이 있다.
이에 따라 천연 피혁과 유사하게 탄력 특성이 향상되는 인공피혁의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 부여하는 제조공정을 개선하여 천연 피혁과 유사하게 탄력 특성이 향상되는 인공피혁의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 해도형 복합섬유로 부직포를 형성하는 단계; 상기 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 부여하는 단계; 상기 부직포의 해도형 복합섬유를 용출처리하여 평균 섬도가 0.3 데니어 이하인 극세섬유 부직포를 형성하는 단계; 상기 극세섬유 부직포의 표면에 기모를 형성하는 단계; 및 상기 극세섬유 부직포를 염색하는 단계;를 포함하며, 상기 폴리우레탄을 부여하는 단계는, 상기 부직포를 함침용 폴리우레탄 용액에 침지하여 함침하는 단계; 상기 부직포를 상기 함침용 폴리우레탄 용액에서 꺼내어 압착하는 단계; 및 상기 함침용 폴리우레탄 용액이 함침된 부직포에 도포용 폴리우레탄 용액을 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄력 특성이 향상된 인공피혁의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 함침시킨 이후에 부직포의 표면에 폴리우레탄을 도포하여 탄성체를 부여함으로써, 부직포의 표면으로부터 내측으로 상이한 밀도의 구배를 형성하여 천연 피혁과 유사한 질감을 나타내면서 인공피혁의 탄력 특성이 향상되는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 부직포에 탄성체를 부여하는 제조공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 강연도 측정장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 강연도 측정장치를 나타내는 모식도이다.
본 발명은 인공피혁의 제조과정에서 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 함침시키고 이어서 부직포 표면에 폴리우레탄을 도포하는 것을 포함하여 이루어지는 탄력 특성이 향상된 인공피혁의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 인공피혁 제조방법은, (ⅰ)알칼리에 용해되어 용출되는 해(海)성분의 폴리머와 알칼리에 용해되지 않고 잔존하는 도(島)성분의 폴리머를 사용하여 복합방사하고, 이렇게 복합방사된 해도형 복합섬유의 단섬유를 개섬, 카딩 및 크로스 래핑하여 웹(Web)을 제조한 다음, 이를 니들펀칭하여 3차원적으로 상호 교락된 부직포를 제조하고, (ⅱ)상기 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 침지에 의해 함침시킨 후 꺼내어 함침 부직포 표면에 폴리우레탄을 도포하고, 응고조에서 폴리우레탄을 응고시키고, 수세하고, 건조하고, (ⅲ)상기 부직포를 알칼리 수용액으로 처리하여 복합섬유에서 용출성분을 제거하여 단사 섬도가 0.3 데니어 이하가 되도록 극세섬유화 하고, (ⅳ)열처리한 부직포를 버핑하여 부직포의 표면에 입모(立毛)를 형성하고 원하는 색상으로 염색하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 사용된 해도형 복합섬유의 성분은, 도성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리아미드 등이 사용되고, 해성분으로는 도성분과 알칼리 용해성이 상이한 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 변성 폴리에스테르, 공중합 폴리에스테르 등이 사용되는데, 알칼리 용해성이 우수한 변성 공중합 폴리에스테르가 좀 더 바람직하다.
본 발명에서 부직포에 탄성체를 부여하는 방법은, 디메틸포름아마이드(DMF)와 같은 유기 용매에 폴리우레탄을 용해한 함침용 폴리우레탄 용액에 부직포를 침지하여 함침하고, 상기 함침용 폴리우레탄 용액으로부터 부직포를 꺼내어 맹글(Press Roll)로 압착하여 짜내는 처리를 하고, 이어서 부직포의 표면에 도포용 폴리우레탄 용액을 도포하고, 폴리우레탄을 응고시키고, 수세하여 이루어질 수 있다.
상기 함침용 폴리우레탄 용액은, 함침용 폴리우레탄의 고형분이 10~14 중량%이고, 점도가 1000±200 cps(25℃)인 것이 가공성 측면에서 바람직하다.
침지하여 함침할 때에 습윤 상태의 초기 함침량은 부직포 100중량부 대비 130~170중량부가 되도록 하고, 압착을 거쳐 80~120중량부가 되도록 할 수 있다.
상기 압착은 압력이 1~3kgf/㎠, 맹글간의 간격(gap)은 부직포 후도 대비 70~80%의 조건으로 함침량을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 도포는, 디메틸포름아마이드에 용해한 폴리우레탄 용액으로, 폴리우레탄의 고형분이 16~20 중량%이고 용액의 점도가 2000±200 cps(25℃)인 도포용 폴리우레탄 용액으로, 나이프 코팅법, 콤마 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법 등을 사용하여 도포할 할 수 있다.
습윤 상태의 도포량은 인공피혁의 질감 측면에서, 부직포 100중량부 대비 50~80 중량부로 할 수 있으며, 건조 후 도포량이 상기 부직포 100중량부 대비 10~15 중량부가 되도록 하되, 도포된 폴리우레탄이 인공피혁의 표면에서 내측으로 스며들어 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 점도가 1800 cps 미만이면 도포용 폴리우레탄 용액이 부직포 내측으로 침투하여 표면으로부터 내측으로 상이한 밀도의 구배층을 형성하지 못하고, 2200 cps를 초과하면 부직포의 표면에서 은면이 형성되어 스웨이드가 아닌 합성피혁과 유사해져 바람직하지 못하다.
또한, 도포량이 너무 많을 경우에 표면이 딱딱해지거나 잔주름이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.
천연 피혁은 표면으로부터 내측으로 표피층, 진피층, 피하조직의 순으로 이루어지는 구성으로 각 층의 밀도가 내림차순으로 낮아진다.
반면에 인공피혁은 일반적으로, 부직포 70 중량%에 탄성체인 폴리우레탄 30 중량%가 균일하게 분포하여 이루어져 있는데, 이러한 밀도의 균일성으로 천연 피혁과 달리 인공적인 느낌이 발생하게 된다.
기존의 탄성체 함침만으로는 탄성체가 부직포 내에서 균일하게 분포되도록 하는 것이지만, 본 발명은 도포를 함으로써 부직포의 표면층으로부터 내측으로 탄성체인 폴리우레탄의 밀도의 구배를 형성하게 되는데, 이로 인하여 표피층과 진피층을 갖는 천연 피혁과 유사하게 될 수 있다.
즉 맹글로 압착할 때에 부직포에 유입된 외기로 생성된 공극이 상기 도포에 의해 채워지면서 표면 방향으로의 폴리우레탄 밀도가 구배를 나타내면서 증가하여 최종적으로 인공피혁에서 탄력 특성이 향상될 수 있다.
이렇게 하여 최종적으로 인공피혁에서 탄성체의 함량은 15 ~ 35 중량%가 되도록 하는 것이 바람직한데, 탄성체의 함량이 15 중량% 미만이면 섬유의 느낌(paper like)이 강해지고, 35 중량%를 초과하면 딱딱해져 바람직하지 못하다.
상기 부직포의 복합섬유를 극세화하기 위해 해도형 복합섬유로부터 해성분을 제거하는 방법으로는, 해성분만을 선택적으로 제거할 수 있는 용제 또는 분해제로 부직포를 처리하는 방법이 특별한 한정 없이 사용될 수 있는데, 해성분으로서 알칼리 용해성의 변성 폴리에스테르를 사용하는 경우에는, 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리성 분해제가 바람직하게 사용된다.
본 발명에서는 알칼리성 분해제로 1 ~ 20 중량%의 가성소다 수용액을 사용하며 용출시 감량시간은 5~30분이 바람직하다.
본 발명의 극세화 후 도성분의 섬도는 0.3 데니어 이하인 것이 인공피혁의 유연성 및 표면 외관 향상에 좋다. 또한, 이것은 극세화 처리 후에 극세섬유가 3차원적으로 상호 미세한 교락을 이루어 강력 저하를 방지할 수 있다.
극세화 처리 이후에 열처리한 부직포를 연마지(샌드페이퍼 등)로 버핑 처리하여 부직포의 표면에 입모(立毛)를 형성하고, 원하는 색상으로 통상의 방법을 사용하여 염색한다.
이하에 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예 및 비교예는 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 변경 할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
[실시예 1]
주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 금속설포네이트가 함유된 폴리에스테르 단위가 5 몰% 공중합된 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르를 해성분으로, 상기 해성분 내에 분산 배열된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 도성분으로 구성하고, 상기 도성분 : 해성분이 70 : 30의 중량비로 이루어진 해도형 복합섬유를 51 ㎜의 길이로 절단하여 단섬유를 제조하였다.
상기 단섬유를 개섬, 카딩 및 크로스 래핑 공정을 거쳐 다층의 웹을 형성한 후, 이를 니들펀칭하여 중량 750g/㎡, 후도 3.0mm, 겉보기 밀도 0.225g/㎠의 부직포를 제조하였다.
상기 부직포를 함침용 폴리우레탄 용액에 침지하여 함침하는 단계를 수행하였다.
이때 상기 함침용 폴리우레탄 용액은 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해한 폴리우레탄 용액으로, 상기 폴리우레탄의 고형분이 12중량%, 용액의 점도가 1000 cps(25℃)인 것을 사용하였다.
상기 부직포를 상기 함침용 폴리우레탄 용액이 담긴 침지조(Dipping bath)에서 롤 투 롤(roll to roll) 방식으로 3 mpm의 속도로 이동시키면서 침지하여 습윤 상태의 초기 함침량이 부직포 100 중량부 대비 150 중량부가 되도록 하였다.
이후에 압착하는 단계를 실시하는데, 압력이 2 kgf/㎠, 맹글간의 간격(gap)이 부직포 후도 대비 70%의 조건으로 부직포를 맹글로 압착하여, 습윤 상태의 압착후 함침량이 부직포 100 중량부 대비 100 중량부가 되도록 하였다.
이후에 함침 부직포에 도포용 폴리우레탄 용액을 도포하는 단계를 수행하였다.
상기 도포용 폴리우레탄 용액은 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해한 폴리우레탄 용액으로, 상기 폴리우레탄의 고형분이 18 중량%, 용액의 점도가 2000 cps(25℃)인 것을 사용하였다.
상기 함침 부직포에 상기 도포용 폴리우레탄 용액을 나이프 방식으로 도포하되 나이프로 부직포를 밀착시키면서 도포하여, 부직포 100 중량부 대비 도포용 폴리우레탄 용액 80 중량부의 습윤 상태의 도포량으로 도포하였다.
이후 응고조에서 디메틸포름아마이드 20 중량%가 희석된 수용액에서 폴리우레탄을 응고시키고 수세하고 열풍 건조기에서 120℃에서 10분간 건조를 하여, 부직포의 표면으로부터 내부로 스며든 도포용 폴리우레탄의 고형분이 부직포 100 중량부 대비 14 중량부인 탄성체 부여 부직포를 얻었다.
이어서 상기 부직포를 10 중량%의 가성소다 수용액으로 처리하여 해성분인 공중합 폴리에스테르를 용출시키는 용출공정을 거쳐 0.3 데니어 이하의 극세사 부직포를 제조하였다.
이후 130℃로 가열된 롤을 이용하여 상기 부직포를 열 캘린더링을 하고, 조도 #150번 사포를 이용하여 상기 폴리우레탄이 함침된 부직포의 표면을 버핑을 하여 기모를 형성한 후, 분산염료를 이용하여 고압 래피드 염색기에서 염색한 후 세정하여 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 2 내지 4]
상기 실시예 1에서, 제조조건을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1 내지 5]
상기 실시예 1에서, 제조조건을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
| 초기 함침량 (중량부) |
압착후 함침량 (중량부) |
도포용 폴리우레탄 함량(wt%) |
습윤 상태의 도포량 (중량부) |
건조후 도포량 (중량부) |
|
| 실시예 1 | 150 | 100 | 18 | 80 | 14 |
| 실시예 2 | 150 | 120 | 18 | 80 | 14 |
| 실시예 3 | 150 | 100 | 18 | 60 | 10 |
| 실시예 4 | 150 | 100 | 16 | 80 | 12 |
| 비교예 1 | 150 | 100 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 2 | 150 | 100 | 18 | 100 | 17 |
| 비교예 3 | 150 | 100 | 18 | 40 | 7 |
| 비교예 4 | 90 | 60 | 18 | 80 | 14 |
| 비교예 5 | 150 | 130 | 18 | 80 | 14 |
| 상기 함침량과 도포량의 단위는 부직포 100 중량부 대비 중량부임 | |||||
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 인공피혁에 대해 하기 평가방법에 따라 그 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1. 인장탄성
인공피혁 시료를 인스트론(Instron) 인장회복 장비에서 인장탄성률을 측정한다. 인장탄성 지수(RT)가 높을수록 인장 후 회복률이 높아 탄력 특성이 우수하다.
2. 강연도
폭 25 mm, 길이 200 mm의 시험편을 준비한다.
하기 도 2와 같은 측정장비를 이용하여, 한 끝이 45°의 경사면을 가지는 표면이 매끄러운 수평대 위에서 시험편과 동일한 크기의 누름판으로 시험편을 눌러 경사면의 방향으로 10 mm/초의 속도로 미끄러지게 하여, 하기 도 2에 나타낸 바와 같이 (A)와 (B)사이의 이동거리(mm)를 강연도로 나타낸다.
강연도 지수가 높을수록 형태안정성이 뛰어나 인공피혁의 탄력 특성이 우수함을 나타낸다.
3. 주름 특성
인공 피혁을 20 × 20 ㎝로 잘라낸 샘플을 조제하였다. 그리고 중앙부를 경계로 하여 내측으로 구부렸을 때의 외관이나 잡았을 때의 외관을 이하의 기준으로 평가한다.
A : 구부렸을 때에 둥근 모양을 띤 것처럼 구부러지고, 또 치밀하고 섬세한 절곡 잔주름이 발생하였다. 또, 드레이프성도 우수하였다.
B : 구부렸을 때에 꺾여 절곡되고, 또 성긴 잔주름나 깊은 주름이 발생하였다. 또, 드레이프성도 열등하였다.
C : 충실감이 현저하게 낮은 질감이었다.
| 인장탄성(%) | 강연도(mm) | 주름 특성 | |
| 실시예 1 | 63.7 | 55 | A |
| 실시예 2 | 62.3 | 50 | A |
| 실시예 3 | 61.1 | 52 | A |
| 실시예 4 | 61.9 | 53 | A |
| 비교예 1 | 42.2 | 38 | B |
| 비교예 2 | 도포량이 너무 많아 부직포에 습윤 침투가 되지 않고 표면에 은면층을 형성하여 buffing에 의해 기모 발현 불가 | ||
| 비교예 3 | 44.7 | 40 | B |
| 비교예 4 | 54.3 | 40 | C |
| 비교예 5 | 38.8 | 40 | C |
상기 표 2로부터 본 발명의 실시예에 의한 인공피혁이 도포를 하지 않은 비교예 1에 의한 인공피혁보다 인장특성, 강연도 및 주름 특성에서 모두 우수하여 탄력 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도포량이 많을 경우, 폴리우레탄이 부직포의 내부로 스며들면서 부직포의 표면에서 내측으로 상이한 밀도의 구배를 형성하는 것이 아니라, 부직포의 표면에서 층을 형성하여 기모를 형성하기 어려워지는 문제점이 발생하는 것을 상기 비교예 2로부터 확인할 수 있고, 도포량이 적을 경우, 부직포의 표면에서 내측으로 상이한 밀도의 구배가 약하게 형성되어 탄력 특성의 향상이 미미한 것을 비교예 3으로부터 확인할 수 있다.
Claims (6)
- 해도형 복합섬유로 부직포를 형성하는 단계;
상기 부직포에 탄성체로서 폴리우레탄을 부여하는 단계;
상기 부직포의 해도형 복합섬유를 용출처리하여 평균 섬도가 0.3 데니어 이하인 극세섬유 부직포를 형성하는 단계;
상기 극세섬유 부직포의 표면에 기모를 형성하는 단계; 및
상기 극세섬유 부직포를 염색하는 단계;를 포함하며,
상기 폴리우레탄을 부여하는 단계는,
상기 부직포를 함침용 폴리우레탄 용액에 침지하여 함침하는 단계;
상기 부직포를 상기 함침용 폴리우레탄 용액에서 꺼내어 압착하는 단계; 및
상기 함침용 폴리우레탄 용액이 함침된 부직포에 도포용 폴리우레탄 용액을 도포하는 단계;를 포함하고,
상기 함침용 폴리우레탄 용액은 점도가 1000±200 cps(25℃)이고,
상기 함침용 폴리우레탄 용액의 함침량이 상기 부직포 100 중량부 대비 100~120 중량부이고,
상기 도포용 폴리우레탄 용액은 폴리우레탄의 고형분이 16~18 중량%이고,
상기 도포용 폴리우레탄 용액은 디메틸포름아마이드에 용해한 폴리우레탄 용액으로, 점도가 2000±200 cps(25℃)이고,
상기 도포용 폴리우레탄 용액을 도포하는 단계는 습윤 상태의 도포량이 부직포 100중량부 대비 50~80 중량부가 되도록 하며, 인공피혁에서 상기 도포용 폴리우레탄의 도포량이 상기 부직포 100중량부 대비 10~15 중량부가 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 압착하는 단계는,
상기 함침용 폴리우레탄 용액의 함침용 폴리우레탄의 고형분이 10~14 중량%인 것을 특징으로 하는, 인공피혁의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 도포는 나이프 코팅법, 콤마 코팅법, 바 코팅법 및 롤 코팅법에서 선택된 방법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 인장탄성률이 60~70%인 탄력 특성이 향상된 인공피혁.
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