KR20100060892A - 인조피혁 제조 방법 및 그 방법에 의한 인조피혁 - Google Patents

Abstract

섬유 기층의 일면에 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 용액을 가하여 폴리우레탄 용액층을 형성하는 적층단계, 가열된 가압롤러로 열과 압력을 가하여 폴리우레탄 용액층이 상기 섬유기재층에 침투되는 함침단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조피혁 제조 방법과,

섬유 기층의 일부 두께가 폴리우레탄 인조 피혁층에 겹쳐 혼재되며, 폴리우레탄 인조 피혁층은 섬유 기층의 두께 방향의 층상 구조(층리)를 가지거나, 섬유 기층의 섬유 세사(올)를 중심으로 볼 때 내측에서 외측으로 층상구조(층리)를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁이 개시된다.

본 발명에 따르면, 복수의 단계로 폴리우레탄 용액층을 형성하고, 원단층 내로 강제 침투시켜 원단에 폴리우레탄 인조 피혁층을 효율적으로 결합시킬 수 있고, 또한, 부드러운 재질과 투습성, 통기성을 확보할 수 있다.

Description

인조피혁 제조 방법 및 그 방법에 의한 인조피혁 {synthetic leather and method of making the same}

본 발명은 인조피혁에 관한 것으로, 특히, 투습성을 갖는 폴리우레탄 인조피혁의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 인조 피혁에 관한 것이다.

피혁이란 원래 동물의 가죽, 즉, 천연피혁을 의미하며, 의복이나 생활용품의 재료로 옛날부터 사용되었다. 그러나, 근래에 인구가 증가하고 자연환경이 파괴되면서 동물로부터 대량의 가죽을 염가로 얻기가 점차 어려워짐에 따라, 합성수지 재료를 통해 비슷한 질감을 얻을 수 있는 인조 피혁이 연구, 개발되고 사용되고 있다. 또한, 인조 피혁은 습기와 열에 약한 점 등의 천연 피혁의 단점을 극복하기 위해서도 연구, 개발되고 있다.

일반적으로 인조피혁을 제작하는 방법으로 건식방법과 습식방법이 알려져 있다. 습식방법은 폴리우레탄과 유기용제인 디메틸포름아마이드를 혼합하여 제조한 수지조성물을 기층 섬유(원단) 상에 일정한 두께로 코팅한 후 고온의 물속으로 통과시킴으로서 경화시키고, 건조기에 넣고 열로서 건조시켜서 미세한 투습 기공을 갖는 방법이다. 건식방법은 폴리우레탄을 메틸에틸케톤, 톨루엔, 아세톤, 이소프로 필 알코올 등 휘발성이 강한 유기용제에 용해시켜서 제조한 수지조성물을 기층 섬유(원단) 상에 일정한 두께로 코팅한 후 열처리하여 휘발성 유지용제를 휘발시킴으로서 기층 섬유 상에 균질의 폴리우레탄 필림층을 형성시키는 방법이다.

건식방법으로 만든 인조피혁은 투습효과가 전혀 없으며 유기화합물 용제를 사용하기 때문에 공해발생이 많고 화재 및 폭발 사고가 빈발한다는 문제가 있다. 또한, 습식으로 만든 인조피혁의 경우에도 통기성과 투습성이 어느 정도 있지만 충분한 정도는 아니며, 이 역시 제조 과정에서 화학약품에 의한 환경오염과 피혁 관리가 어려운 단점을 가지고 있다. 즉, 유기용제형 수지를 사용하여 인조 피혁을 제조하는 경우, 유기 용제인 디메틸 포름아마이드(D.M.F)가 다량 사용되어 환경 오염의 문제를 가지고 있다.

환경문제에 대한 방안으로 유기 용매(용제) 대신 물을 사용할 수 있는 수성 폴리우레탄 수지가 개발되어 용제형을 대체하고 있다. 그러나, 수성 폴리우레탄 수지의 가공은 용제형 폴리우레탄 수지와는 달리 응고수에서의 용제의 용출로 인한 응고가 이루어지지 않아 기존의 가공방법으로는 가공을 할 수가 없다. 현재 수성 폴리우레탄 수지의 가공에는 스웨드(SUEDE)조 인공피혁 가공(함침가공), 부직포 가공(함침가공), 건식 합성피혁의 가공, 폼 코팅(FOAM COATING)가공, 투습 방수 코팅가공등이 사용되어 지고 있는데 이러한 가공방법중 함침가공의 경우 용제형 폴리우레탄 수지의 응고방법을 이용할 수 없으므로 가열장치에서 열풍 또는 기타 열원에 의한 건조법을 주로 이용하고 있다.

가열에 의한 건조방법을 사용할 경우 수분이 증발됨에 따라 응고 또는 경화 가 진행되는데, 열방향으로의 수지의 편재(MIGRATION)가 발생되면, 편재현상에 의해 함침포의 표면 양 방향으로 수지 및 안료가 집중되어 함침포가 딱딱해지는 문제점이 발생한다. 또한, 섬유 세사 표면에 수지가 강하게 코팅이 되어 함침포가 더 딱딱해지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 인조 피혁의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질감 및 투습성, 통기성이 뛰어나고, 공해 발생의 문제를 줄일 수 있는 폴리우레탄 인조 피혁을 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 인조 피혁을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리우레탄 인조피혁 제조 방법은

섬유 기층의 일면에 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 용액을 가하여 폴리우레탄 용액층을 형성하는 적층단계, 가열된 가압롤러로 열과 압력을 가하여 폴리우레탄 용액층이 상기 섬유기재층에 침투되는 함침단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명 방법에서 폴리우레탄 용액층을 형성하는 적층 단계는 섬유 기층 일면에 폴리우레탄 용액을 노즐을 통해 분사하는 방법으로 이루어질 수 있다.

본 발명 방법에서 폴리우레탄 용액은 수성 폴리우레탄, 사카라아제(수크라아제), 물을 배합하여 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명 방법에서 섬유 기층은 부직포층이 될 수 있다.

본 발명 방법에서 폴리우레탄 용액층 적층단계와 가압롤러를 이용한 함침 단계는 세트로 결합되어 복수 회 반복적으로 이루어질 수 있다. 이때, 함침 단계에서 사용되는 가압롤러의 표면 온도는 시간적으로 뒤쪽의 것이 이전 단계의 것보다 더 높은 온도를 가져 더 높은 온도로 폴리우레탄 용액층을 가열하여 응고 혹을 경화를 조절할 수 있다.

본 발명의 인조 피혁은, 섬유 기층의 일부 두께가 폴리우레탄 인조 피혁층에 겹쳐 혼재되며, 상기 폴리우레탄 인조 피혁층은 섬유 기층의 두께 방향이나 상기 섬유 기층의 섬유 세사를 중심으로한 내측에서 외측으로 층상구조(층리)를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 별도의 자외선 경화과정 없이 폴리우레탄 용액의 응고 혹은 경화를 진행할 수 있으며, 복수의 단계로 폴리우레탄 용액층을 형성하고, 원단층 내로 강제 투입하여 원단에 폴리우레탄 인조 피혁층을 효율적으로 결합시킬 수 있고, 또한, 부드러운 재질과 투습성, 통기성을 확보할 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법을 나타내는 개략적 설비 구성도이다.

도1을 참조하면, 시작점의 한쪽 원단 롤(101)에서는 섬유 기층(원단)이 풀어 져 이송롤러(111)를 통해 이송된다. 이송 과정에서 폴리우레탄 용액이 제1 노즐(121)을 통해 원단 일면에 분사된다. 원단은 연속적으로 진행되므로 원단 일면에는 전면적으로 제1 수성 폴리우레탄 용액층(미도시)이 적층된다. 제1 수성 폴리우레탄 용액층은 초기에는 섬유 기층의 일측 표면에 놓일 뿐이고 섬유 기층 내부로 침투되어 함침 상태를 이루지 않는다. 그러나, 다음 공정 단계에서 제1 롤러(123,125)에 의해 가압되면서 섬유 기층의 위쪽 일부 두께가 폴리우레탄층에 의해 함침된다. 제1 롤러(123, 125)는 원단 상부에서 폴리우레탄 용액층에 압력을 가하는 상부 롤러(123)와 원단 하부에서 원단을 지지하는 하부 롤러(125)로 이루어진다.

상부 롤러(123)는 내부에 히터를 설치하여 표면이 80℃ 내지 90℃를 유지하도록 한다. 따라서, 상부 롤러는 가압과 동시에 폴리우레탄층에 대한 가열기능도 하여 폴리우레탄 용액층에서는 일부 용매(물)의 증발이 이루어지고, 그만큼 폴리우레탄층은 미약하게나마 응고가 이루어진다. 동시에 대부분의 폴리우레탄 용액층은 섬유 기층을 이루는 섬유 세사의 분포와 관계없이 수평한 방향으로 서로 연결된 상태를 유지하지만 일부는 제1 롤러(123,125)의 가압에 따라 표면에서 섬유 세사의 사이의 거리가 멀어진 곳에는 폴리우레탄층으로 연결되지 못하고 갭을 형성하는 공간도 발생할 수 있다.

다음으로, 원단이 진행되는 다음 과정에서 제2 노즐(131)을 통해 원단 표면에 제2 폴리우레탄 용액층이 적층된다. 이 제2 폴리우레탄 용액층도 제1 폴리우레탄 용액층에 대한 공정과 마찬가지로 다음 공정 단계에서 제2 롤러(133,135)에 의 해 가압되면서 섬유 기층의 위쪽 일부 두께가 제2 폴리우레탄 용액층에 의해 함침된다. 제2 폴리우레탄 용액층은 그 하부에서 아직도 유동성을 유지하고 있는 제1 폴리우레탄 용액층을 섬유 기층 하방으로 밀어붙여 더욱 섬유 기층 속으로 투입되도록 한다.

단, 제2 롤러(133,135) 가운데 상부 롤러(133)는 표면이 90℃ 내지 100℃로 를 유지하도록 한다. 따라서, 상부 롤러(133)는 가압과 동시에 제2 폴리우레탄 용액층 및 그 저부의 제1 폴리우레탄 용액층에 대한 가열기능도 하여 제1,2 폴리우레탄 용액층에서는 일부 용매(물)의 증발이 이루어지고, 그 증발의 정도 만큼 폴리우레탄층은 응고가 이루어진다. 하부의 제1 폴리우레탄층은 이전 단계에서 일부 용매가 증발되었으나, 유동성을 가지고 있으며, 이번 단계에서는 롤러 표면으로부터는 제2 폴리우레탄 용액층을 매개로 열을 전달받으므로 용매의 증발이 제2 폴리우레탄 용액층에 비해 적다. 결과적으로 제1, 제2 폴리우레탄 용액층의 유동성 혹은 점도는 비슷한 상태로 볼 수 있다.

이때에도 제 1 및 제 2 폴리우레탄 용액층은 원단의 섬유 세사의 분포와 관계없이 수평한 방향으로 서로 연결된 상태를 유지하는 부분이 많지만 제1 롤러에 의해 압력 및 열을 받는 과정에 비해 수분은 더욱 줄어든 상태이고, 유동성도 줄어들면서 제2 롤러의 가압에 따라 인근 섬유 세사의 사이의 거리가 멀어진 곳에는 폴리우레탄층으로 연결되지 못한 공간(폴리우레탄 용액이 채워지지 않은 갭 공간)도 이전 단계에 비해 더욱 많이 발생할 수 있다. 제2 롤러의 압력은 제1 폴리우레탄 용액층에서 채워지지 않고 갭이 생긴 공간을 더욱 벌려주는 역할도 할 수 있다. 이 런 공간들은 상하의 제1 및 제2 폴리우레탄 용액층에서 서로 연결되면서 전체 폴리우레탄층 두께를 통과하는 기공을 형성한다. 이런 기공은 투습 및 통기성을 높이는 역할을 하게 된다.

이렇게 차례로 제3 노즐(141), 제4 노즐(151), 제5 노즐(161)을 통해 제3, 제4, 제5 폴리우레탄 용액층이 원단에 더 도포, 적층되고 제3롤러(143,145), 제4롤러(153,155), 제5 롤러(163,165)를 통해 점차 더 높은 온도에서 더 많은 열을 받게 되며, 동시에 가압도 받게 된다. 가령, 제3 롤러의 상부 롤러(143)는 표면 온도 120℃, 제4 롤러의 상부 롤러(153)는 표면 온도 140℃, 제 5 롤러의 상부 롤러(163)는 표면 온도 150℃와 같이 운영될 수 있다.

따라서, 상대적으로 하부에 있는 폴리우레탄 용액층은 더욱 섬유 기층 내부로 침투하여 들어가는 양상을 보이고, 각각의 폴리우레탄 용액층은 더욱더 응고되거나 경화된 양상을 나타낸다. 아울러, 롤러의 가압에 의해 섬유 기층을 구성하는 섬유 세사(올)들이 상호 위치가 바뀌면서 세사 사이의 폴리우레탄 용액으로 채워지지 않은 공간의 형성은 더욱 많아져서 아래층의 이미 형성된 기공(갭 공간)과 연결이 계속된다.

이상의 실시예에서는 폴리우레탄 용액층 도포와 가열, 가압 롤러 작업 각각 5회 반복되는 공정을 나타내고 있으나, 10회 정도까지 반복되면서 롤러의 온도를 50℃ 내지 250℃ 까지 20℃ 단위로 올리면서 작업을 진행할 수도 있다.

도2는 각각의 폴리우레탄 용액층이 원단면에 평행한 방향 혹은 수평으로, 섬유 세사(올) 사이에서도 빈 공간을 형성하지 않고 서로 이어지는 부분에서의 층상 구조(층리)의 예를 나타낸 것이며, 도 3은 각각의 폴리우레탄 용액층이 원단면에 평행한 방향 혹은 수평으로 빈 공간을 형성하면서 상하층 빈 공간이 서로 이어져 투습 및 통기를 위한 기공(갭 공간:10)을 형성한 상태를 다소 과장하여 도시한 것이다. 실질적으로는 섬유 기층(100)의 섬유 세사(올:110)) 구조는 단순히 원단면에 수직으로 서있는 것이 아니고 수평 및 수직 성분을 가진 모든 방향으로 뻗거나, 구부러지거나, 서로 얽혀 있지만 여기서는 가장 중요한 것이 수직 성분 방향이므로 폴리우레탄과 혼재되는 부분(겹치는 부분)에서는 섬유 기층(100)의 섬유 세사(110)가 원단 평면에서 수직성분으로만 있는 것을 가정하여 도시한 것이다.

도2에서는 각각의 폴리우레탄 용액층(310,320,330,340,350)은 도2에서는 수평적인 층상 구조가 주로 보이고, 세사 사이에 틈이 벌어져 기공(10)이 형성된 상태인 도3에서는 각각의 섬유 세사(110)를 중심으로 내측에서 외측 방향으로의 각각의 폴리우레탄 용액층(410,420,430,440,450)층상 구조(층리)를 가지는 것을 볼 수 있다. 실제의 섬유에서는 도2와 도3의 구조가 혼재되어 도3과 같은 곳이 많을 때에는 향후 형성될 폴리우레탄층 전체 두께를 통과하는 기공(10)의 숫자가 증가하고, 적을 때에는 기공(10)의 숫자가 작아져 투습도 및 통기성의 차이를 가져올 것이다. 이때, 기공(10)의 숫자는 각 롤러의 온도에 따른 폴리우레탄의 경화의 정도, 롤러의 압력에 의한 섬유 세사 사이의 위치 변경의 정도 등에 의해 영향을 받을 수 있다.

본 실시예에서는 또한 롤러의 표면 온도가 폴리우레탄 경화에 부족하거나, 롤러를 지나는 시간이 충분하지 않아 경화가 잘 이루어지지 않는 경우에 대비하여 별도의 가열 건조 챔버(미도시)를 마련하여 30℃ 내지 180℃ 정도의 열풍을 불어 잔류 용매를 건조 제거하거나, 폴리우레탄 용액층 도포 없이 이루어지는 추가적 가열, 가압 롤러 공정을 마련할 수 있다. 이때, 가열을 위한 롤러(도1의 211)의 온도는 아직 충분히 응고되거나 경화되지 못한 폴리우레탄 용액층을 섬유 기층 아래쪽까지 경화하기 용이하도록 마지막 상부 롤러(163) 표면의 온도보다 높거나 같은 150℃ 내지 250℃로 할 수 있다.

수성 폴리우레탄 용액의 조성 혹은 배합비는 이 기술분야에 통상적으로 잘알려져 있으며, 가압롤러의 압력이나 원단의 속도에 따른 접촉 시간도 인조 피혁의 부드러운 정도, 투습도 건조에 의한 응고나 경화에 상호적으로 영향을 미칠 수 있으나 이들은 경험적 혹은 실험적으로 이들에 대한 조건을 잡는 이 기술분야의 통상의 공정 디자인 영역에서 이루어질 수 있다. 이러한 공정 조건 세팅은 이 기술 분야에 통상적인 부분이라고 할 수 있으며, 본원 발명과 직접적으로 관련되는 것은 아니므로 이들에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

폴리우레탄 용액층 도포 후의 가열, 가압을 위한 마지막 롤러(163)나 혹은 폴리우레탄의 경화를 확보하기 위한 추가 롤러(173) 공정에서 롤러는 매끈한 표면 대신에 기복이 있는 표면을 가져 인조 피혁 표면에 우둘두둘한 가죽의 질감을 내도록 할 수도 있다.

마지막 단계에서는 섬유 기층(100) 일부 두께에 폴리우레탄 용액층이 함침되어 경화됨으로서 인조 피혁이 형성된 상태에서 원단을 롤(201)로 감게 된다. 이 과정에서 폴리우레탄 온도를 충분히 낮추기 위해 바람을 쐬어주는 냉각 공정이 더 이 루어질 수도 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법을 나타내는 개략적 설비 구성도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에서 각각의 폴리우레탄 용액층이 원단면에 평행한 방향으로 서로 이어지는 부분에서의 층상 구조의 예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 각각의 폴리우레탄 용액층이 원단면에 평행한 방향 혹은 수평으로 빈 공간을 형성하면서 상하층 빈 공간이 서로 이어져 투습 및 통기를 위한 기공을 형성한 상태를 다소 과장하여 도시한 단면도이다.

Claims (8)

1. 섬유 기층의 일면에 수성 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 용액을 가하여 폴리우레탄 용액층을 형성하는 적층단계,

   가열되어 상온 이상의 표면 온도를 가지는 가압롤러로 열과 압력을 가하여 폴리우레탄 용액층이 상기 섬유 기층에 투입되는 함침단계를 구비하여 이루어지는 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적층단계와 상기 함침 단계는 세트를 이루어 복수 회 반복적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 함침 단계에서 사용되는 가압롤러는 공정 단계상 뒤쪽으로 갈수록 표면 온도가 높은 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   반복적으로 이루어지는 상기 함침 단계 가운데 마지막 함침 단계 이후에 폴리우레탄 용액층의 경화 확보를 위한 추가 가열 혹은 건조 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 추가 가열 혹은 건조 단계는 열풍 건조 혹은 표면 온도가 150 내지 250도씨의 가압 롤러 작업으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁 제조 방법.
6. 섬유 기층의 일부 두께가 폴리우레탄 인조 피혁층에 겹쳐 혼재되며,

   상기 폴리우레탄 인조 피혁층은 상기 섬유 기층의 두께 방향의 층상 구조(층리)를 가지거나, 상기 섬유 기층의 섬유 세사(올)를 중심으로 볼 때 내측에서 외측으로 층상구조(층리)를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 섬유 기층은 부직포로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

   상기 폴리우레탄 인조 피혁층은 수성 폴리우레탄, 사카라아제, 물을 포함하는 조성물을 건조, 경화시켜 이루어지는 것임을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 섬유 세사들의 사이에는 상기 폴리우레탄 인조 피혁층에 형성된 갭에 의해 다수의 기공이 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 인조 피혁.

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