KR20090060539A - 인공피혁 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연성이 우수한 차량용 인공피혁 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 차량용 인공피혁은 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있고, 이면에는 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고, 인(P) 원자의 함량이 4,500~15,000ppm이고, 강연성이 120㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지가 폼(Foam) 코팅법으로 인공피혁의 이면에 견고하게 코팅되어 있어서 강연성 등 촉감이 우수하고, 박리강도가 양호하며, 환경호르몬 발생 등의 환경오염 문제 없이도 난연성을 크게 향상시킬 수 있다.
인공피혁, 차량, 자동차, 난연성, 마모강도, 촉감, 인산에스테르.

Description

인공피혁 및 그의 제조방법{Artificial leather and method of manufacturing the same}
본 발명은 난연성이 우수한 차량용 인공피혁 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지가 폼(Foam) 코팅법으로 인공피혁의 이면에 견고하게 코팅되어 있어서 강연성 등 촉감이 우수하고, 박리강도가 양호하며, 환경호르몬 발생 등의 환경오염 문제 없이도 난연성을 크게 향상시킬 수 있는 차량용 인공피혁 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
극세사들이 3차원적으로 교락되어 있는 부직포와 상기 부직포 내에 함침된 고분자 탄성체로 이루어진 인공피혁은 촉감, 라이트 이펙트, 드레이프성 등이 우수하고 천연피혁과 유사한 부드러운 질감과 독특한 외관을 갖고 있어서 자동차, 비행기, 기차, 선박 등의 운송수단(이하 "차량"이라고 약칭한다)의 시트(Seat) 표피재나 인테리어 소재 등으로 널리 사용되고 있다.
인공피혁은 통상적으로 극세사 혹은 극세화 가능한 복합섬유로 부직포를 제 조한 후 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침하고, 이를 알칼리 수용액이나 유기 솔벤트로 처리하여 복합섬유를 극세화 시키고, 계속해서 버핑 및 염색하는 공정으로 제조된다.
차량용 소재로 사용되는 인공피혁(이하"차량용 인공피혁"이라 약칭한다)은 마찰 및 외력에 대한 내구성 및 형태안정성이 요구됨과 동시에 굴곡이 많은 부위에 사용되는 특성상 봉제 및 장착 작업이 용이하도록 적절한 신율특성이 요구되고 있다. 또한 최근 인공피혁 소재를 고감성 소재로 인식하여 차량용으로의 적용이 날로 증가하는 추세에 있는데, 은은한 라이팅 이펙트 및 굴곡 부위의 자연스러운 느낌 등 심미적 요소가 매우 중요해지고 있다
특히 인공피혁은 구조적 특성과 화학적 조성에 의해 불에 매우 취약하다.
구체적으로 인공피혁은 극세섬유로 이루어진 부직포와 상기 부직포 내에 함침된 다공성 폴리우레탄 수지로 구성되기 때문에 연소 시에 산소의 공급이 원활하게 되며, 상기 극세섬유는 심지와 같은 역할을 하게 되고 다공성 폴리우레탄과 유연제는 기름 역할을 하게 되어 불에 매우 취약하다.
이와 같이 난연성이 부족한 인공피혁의 문제점을 해소하기 위한 종래기술로서 대한민국 공개특허 제1995-8855호에서는 인공피혁을 할로겐계 난연제 용액에 패딩처리하는 방법을 게재하고 있고, 대한민국 등록특허 제0616738호에서는 브롬계 난연제와 삼산화안티몬계 난연제가 함유된 용액을 인공피혁 표면에 은면코팅하는 방법을 게재하고 있고, 일본 공개특허 제2004-68205호에서는 차량내장재의 이면에 할로겐계 난연제를 도포하는 방법을 게재하고 있다.
상기의 종래방법들은 사용하는 할로겐계 난연제, 브롬계 난연제, 안티몬계 난연제 등이 유독성이 강하고, 환경호르몬을 발생시키는 등 환경문제가 있었다.
또한, 인공피혁 등의 이면에 난연제를 함유하는 고분자 수지를 코팅하는 종래방법은 원하는 난연성을 얻기 위해서는 많은 양의 난연제를 사용해야하기 때문에 촉감이 딱딱해지고, 외관이 나빠지고, 코팅층의 박리강도가 낮고, 마모 시 난연제가 탈락되어 난연성이 저하되는 등의 문제가 발생 되었다.
본 발명은 이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지가 폼(Foam) 코팅법으로 인공피혁의 이면에 견고하게 코팅되어 있어서 강연성 등 촉감이 우수하고, 박리강도가 양호하며, 환경호르몬 발생 등의 환경오염 문제 없이도 난연성을 크게 향상시킬 수 있는 차량용 인공피혁을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 차량용 인공피혁을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 인공피혁은 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있고, 이면에는 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고, 인(P) 원자의 함량이 4,500~15,000ppm이고, 강연성이 120㎜ 이하인 것을 특 징으로 한다.
상기 인산에스테르계 난연제는 하기 일반식(I) 또는 일반식(Ⅱ)의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
Figure 112007088516863-PAT00001
Figure 112007088516863-PAT00002
[상기 일반식(Ⅰ) 또는 일반식(Ⅱ)에 있어서, R1, R2, R3, R4 및 R5는 알킬기 또는 지방족 화합물이다.]
상기 일반식(Ⅰ) 및 일반식(Ⅱ)의 화합물을 본 발명에서는 "이중 인산에스테르 난연제" 라고 칭한다.
본 발명에 따른 차량용 인공피혁 내에 함유된 인(P) 원자의 함량은 4,500~15,000ppm이다. 즉 인공피혁의 전체무게대비 인(P) 원자의 무게 비율이 4,500~15,000/1,000,000 이다.
인(P) 원자의 함량이 4,500ppm 미만이면 난연성 개선 효과가 저하되고, 15,000ppm을 초과하면 난연성이 더 이상 향상되지 않으면서 제조원가만 상승하게 된다.
본 발명에 따른 차량용 인공피혁은 강연성이 120㎜ 이하이며, 강연성이 120㎜를 초과하게 되면 촉감이 크게 저하된다.
상기 극세섬유는 폴리아미드 섬유 또는 폴리에스테르 섬유 등이나, 본 발명에서는 극세섬유의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기 극세섬유의 단사섬도는 0.001~0.3데니어 이다.
단사섬도가 0.001데니어 미만인 경우에는 인공피혁의 강도가 저하되며, 0.3데니어를 초과하면 인공피혁의 촉감 및 라이팅 이펙트가 저하된다.
또한, 상기 코팅층의 박리강도는 200gf 이상이다.
본 발명은 극세섬유 내에 상기의 인산에스테르계 난연제가 함유되어 있는 차량용 인공피혁을 포함한다.
본 발명에 있어서 난연성은 FMVSS-302 규격에 의하여 차량용 수평법으로 평가하였다. 상세하게는 다음과 같다. 폭 100㎜, 길이 350㎜, 두께는 부품의 두께로 한다. 시험장치는 KS B 9152-1978［자동차 실내용 유기자재의 연소성 시험방법］의 규정에 적합한 것 또는 동등한 성능을 가진 장치로 한다. 시험편은 온도 16∼21℃, 상대습도 55±5%로 유지된 조건에서 적어도 24시간 이상 방치한 후 다시 온도 80±3℃의 건조로에서 168시간 동안 방치한 후 시험에 사용한다. 시험편은 2개의 KS B 9152에 규정된 시편부착구의 사이에 끼운다. 시험편부착 구에는 개구부에서 38㎜의 위치 및 해당부위에서 254㎜의 위치에 표선을 표시한다. 시험편 착화에 사용하는 분젠 버너(BUNSEN BURNER)의 토출관의 내경은 9.5±0.5㎜로 한다. 분젠 버너(BUNSEN BURNER)에 공급하는 가스는 원칙적으로 증발열량이 35000∼38000 kj/㎥(8361∼9078 kcal/㎥)의 천연가스를 사용한다. 다만, 해당 천연가스와 동등 이상의 증발열량을 가지는 액화석유가스(LP가스)를 사용해도 좋다. 시험편은 표면이 분젠 버너(BUNSEN BURNER)의 불꽃이 닿도록 아래로 향한다. 분젠 버너(BUNSEN BURNER)를 공기흡입구를 닫은 상태에서 수평한 대위에 놓고 점화해서 가스조정밸브 로 불꽃높이를 토출관의 선단에서 약 38㎜가 되게 조절한다. 분젠 버너(BUNSEN BURNER)의 불꽃을 15초간 시험편에 닿게 한 후 분젠 버너(BUNSEN BURNER)의 불꽃을 즉시 끈다. 연소가 A표선(시험편의 끝단으로 부터 38㎜위치)에 도달했을 때 시간측정을 시작하고 B표선(A표선으로 부터 254㎜ 위치)에 도달하는 데 필요한 시간을 측정한다. 단, 연소가 B표선에 도달하지 못한 경우에는 연소의 진행이 정지한 위치까지의 연소시간과 연소길이를 측정한다. 시험할 때마다 시험조내의 연소가스를 배기시켜 상태조건으로 조정한다.
다음식에 따라 연소속도를 산출한다.
B = 60 × D ÷ T
B : 연소속도(㎜/min)
D : 연소길이(㎜)
T : 연소시간(초)
BURNER불꽃에 15초간 닿아도 전혀 연소하지 않는 것은 불연성으로 한다.
착화는 하지만, A표선까지 연소가 도달하지 않는 경우 또는 A선을 넘어도 50㎜이하에서 또는 60초 이내에 꺼지는 경우는 [자기소화성]으로 한다.
연소속도의 산출은 정수까지로 하고 그 이하는 끊고 올린다.
연소속도란에는 자기소화성일 경우 ［ S.E ］로 기입한다.
단, 불연성일 경우에는 ［ 0 ］을 기록한다.
강연성은 다음과 같은 방법에 의하여 평가하였다.
일반적으로 가장 많이 쓰이는 캔티레버(Cantilever)법에 의하여 평가하였다. 시험기구는 일반적인 강연도 시험기처럼 한 끝이 45도의 경사면을 가지며 눈금자가 장착된, 윗면이 매끄러운 재질의 수평대를 이용한다. 폭 25㎜, 길이 200㎜의 시험편을 세로 및 가로방향에서 각각 5개씩 취하여 상기 수평대 위에 짧은 변을 눈금자의 기준선에 맞추어 놓는다. 시험편과 같은 크기의 누름판으로 시험편을 누르고, 경사면의 방향으로 약 10㎜/초 의 속도로 미끌어지게 하여 시험편의 한쪽 끝이 경사면과 접촉한 때의 다른 끝의 위치를 눈금자로 읽는다. 강연도는 기준선으로부터 이동거리(㎜) 로 나타내며, 세로, 가로 모두 5개의 표면 및 이면을 측정하여 그 평균치를 가지고 나타낸다.
박리강도는 직물(FABRIC)과 우레탄 포움(URETHANE FOAM) 및 포(布) 를 양산과 동일한 조건으로 라미네이팅후 표준상태로 24시 간 이상 방치하여 이것을 공시체로 한다. 공시체에서 폭 25㎜, 길이 150㎜의 시험편을 3매 채취하여 그 한끝을 약 30㎜박리한 후, 50℃×95% RH에서 72시간 방치후 시험하여 그것을 200㎜/분의 속도로 박리하여 그 평균치를 구한다.
단, 덴시론 형의 경우는 극대치의 평균치로 나타낸다.
본 발명에 따른 차량용 인공피혁의 제조방법은 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있으며 표면에는 상기 극세섬유가 입모(立毛)되어 모우를 형성하는 구조인 인공피혁 이면에 이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 발포 고분자 수지는 부피가 1.5~2.5배 팽창된 발포 아크릴 수지 또는 발포 아크릴 수지 등이다.
다음으로는, 본 발명에 따른 상기 차량용 인공피혁을 제조하는 방법 일례를 구체적으로 살펴본다.
먼저, 본 발명에서는 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르인 해성분과 상기 해성분 내에 분산되어 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 도성분 들로 이루어진 해도형 복합섬유를 단섬유화한 후 이를 오프닝, 카팅, 크로스랩핑 및 니들펀칭하여 부직포를 제조한다.
상기 도성분 내에 앞에서 설명한 이중 인산에스테르계 난연제가 첨가될 수도 있다.
다음으로는, 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침한 후 이를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해성분을 용출하여 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있는 복합시트를 제조한다.
한편, 본 발명에서는 상기와 같이 제조된 부직포를 알칼리 수용액으로 먼저 처리하여 해성분을 용출한 다음, 여기에 고분자 탄성체를 함침할 수도 있다.
상기 해성분인 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주성분으로 하고, 부가성분으로 분자량 400~20000, 가장 좋기로는 1000~4000의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디카르복실레이트, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디메틸-1,4-부탄디올, 2,2,4-트리메틸1,3-프로판디올, 아디프산 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 25중량%이하 공중합시킨 공중합폴리에스테르 등 이다.
상기 고분자 탄성체로는 폴리우레탄수지, 폴리우레아수지, 폴리아크릴산수지 등을 사용할 수 있지만, 가공정, 내마모성, 내가수분해성 등의 점에서 폴리우레탄수지가 바람직하다.
고분자 탄성체/극세섬유로 구성된 섬유기재의 중량비율이 10/90~70/30이 바람직하다.
고분자 탄성체의 중량 비율이 10중량% 미만인 경우에는 쿠션성이 너무 낮아지고 70중량%를 초과하는 경우에는 촉감 및 라이트 이펙트가 너무 낮아진다.
고분자 탄성체를 충전 처리하는 방법은 부직포에 고분자 탄성체의 유기용제 용액 또는 수성 분산액을 함침 및/또는 도포한 후 습식응고, 또는 건식응고법에 의해 부착시킬 수 있다.
고분자 탄성체의 유기용제로서는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭시드 등의 극성용매 외 톨루엔, 아세톤, 메틸에틸케톤 등을 사용할 수 있 다.
다음으로, 상기와 같이 제조되어 극세섬유 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있는 복합시트를 버핑 및 염색하여 표면에 모우가 형성된 인공피혁을 제조한다.
다음으로는 폴리우레탄 수지 또는 아크릴 수지 등의 고분자 수지와 앞에서 설명한 일반식(I)의 이중 인산에스테르계 난연제를 배합한 후, 이를 폼(Foam) 형성기에 투입, 교반하여 부피를 1.5~2.5배 팽창시킨 다음, 이를 폼(Foam) 코팅법으로 상기 인공피혁의 이면에 코팅하여 차량용 인공피혁을 제조한다.
이상에서 설명한 본 발명의 차량용 인공피혁은 이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지가 폼(Foam) 코팅법으로 인공피혁의 이면에 견고하게 코팅되어 있어서 강연성 등 촉감이 우수하고, 박리강도가 양호하며, 환경호르몬 발생 등의 환경오염 문제 없이도 난연성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나 본 발명은 하기 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르의 해성분과 상기 해성분 내에 분산 배열된 폴리에스테르 수지의 도성분 70개로 구성된 해도형 복합섬유(도성분의 단사섬도 : 0.10데니어)를 50㎜의 길이로 절단하여, 단섬유화 하고 카딩 및 크로스 래퍼 공정을 거쳐 상기 해도형 복합 단섬유의 적층웹을 제조한 후, 이를 니들펀칭하여 해도형 복합섬유의 부직포를 제조하였다.
다음으로는 제조된 상기 부직포에 폴리우레탄 수지를 부직포 중량대비 40중량%를 함침한 후 습식응고하고, 이를 알칼리 수용액(가성소오다 수용액으로 처리하여 해도형 복합섬유 내 해성분을 용출하여 복합시트를 제조하였다.
다음으로는 기모기를 사용하여 상기 복합시트를 버핑 및 염색하여 인공피혁을 제조하였다.
다음으로는, 상기 인공피혁의 이면에 일반식(I)의 이중 인산에스테르계 난연제를 차량용 인공피혁 전체 중량대비 인(P) 원자 함량이 8,000ppm이 되게 함유하는 발포 아크릴 수지를 폼(Foam) 코팅법으로 1㎜의 두께로 코팅하여 차량용 인공피혁을 제조하였다.
제조된 차량용 인공피혁의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예 1
인공피혁의 이면에 상기 난연제를 함유하지 않고 통상의 미발포 아크릴 수지를 나이프 코팅법으로 1㎜ 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 차량용 인공피혁을 제조하였다.
제조된 차량용 인공피혁의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
구분 연소속도 강연성(㎜) 코팅층의 박리강도(gf) 촉감
실시예 1 35 100 280 우수
비교실시예 1 250 140 350 보통
촉감은 전문가 10명의 관능시험을 거쳐 10명 중 8명 이상이 촉감이 좋다고 평가하면 우수로, 5~7명이 촉감이 좋다고 평가하면 보통으로, 4명 이하가 촉감이 좋다고 평가하면 불량으로 각각 구분하였다.
이중 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지가 폼(Foam) 코팅법으로 인공피혁의 이면에 견고하게 코팅되어 있어서 강연성 등 촉감이 우수하고, 박리강도가 양호하며 환경호르몬 발생 등의 환경오염 문제 없이도 난연성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있고, 이면에는 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고, 인(P) 원자의 함량이 4,500~15,000ppm이고, 강연성이 120㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 인공피혁.
  2. 제1항에 있어서, 인산에스테르계 난연제는 하기 일반식(I) 내지 일반식(Ⅱ)의 구조를 갖는 난연제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공피혁.
    Figure 112007088516863-PAT00003
    Figure 112007088516863-PAT00004
    [상기 일반식(Ⅰ) 또는 일반식(Ⅱ)에 있어서, R1, R2, R3, R4 및 R5는 알킬기 또는 지방족 화합물이다.]
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 극세섬유 내에 인산에스테르계 난연제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 인공피혁.
  4. 제1항에 있어서, 코팅층의 박리강도가 200gf 이상인 것을 특징으로 하는 인공피혁.
  5. 제1항에 있어서, 고분자 수지로 이루어진 코팅층 내에 항균 및 소취 기능을 갖는 물질이 더 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 인공피혁.
  6. 제5항에 있어서, 항균 및 소취 기능을 갖는 물질은 직경이 500㎛ 이하인 다공성 제올라이트 분말인 것을 특징으로 하는 인공피혁.
  7. 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포 내에 고분자 탄성체가 함침되어 있는 인공피혁 이면에 인산에스테르계 난연제를 함유하는 발포 고분자 수지를 코팅하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 인산에스테르계 난연제는 하기 일반식(Ⅰ) 내지 일반식(Ⅱ)의 구조를 갖는 난연제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
    Figure 112007088516863-PAT00005
    Figure 112007088516863-PAT00006
    [상기 일반식(Ⅰ) 또는 일반식(Ⅱ)에 있어서, R1, R2, R3, R4 및 R5는 알킬기 또는 지방족 화합물이다.]
  9. 제7항에 있어서, 발포 고분자 수지는 부피가 1.5~2.5배 팽창된 발포 아크릴 수지 및 발포 우레탄 수지 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
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