KR20150035139A - 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁 및 그 제조방법 - Google Patents

마찰견뢰도가 우수한 인공피혁 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극세섬유로 구성된 부직포에 액상실리콘고무 탄성체를 함침시켜 상기 탄성체가 인공피혁 중에 10 ~ 30 중량% 함유된 우수한 마찰견뢰도를 갖는 스웨이드형 인공피혁 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고분자 탄성체로 액상실리콘고무를 적용함으로써 폴리우레탄 탄성체의 인공피혁과 동일한 외관 및 촉감을 가지며, 유기용제의 사용량을 줄여 친환경적일 뿐만 아니라 향상된 마찰견뢰도의 인공피혁을 얻을 수 있어 우수한 표면 품위가 요구되는 제품에 용이하게 사용될 수 있다.

Description

마찰견뢰도가 우수한 인공피혁 및 그 제조방법{Artificial Leather with Improved Rubbing Fastness and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 인공피혁 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 인공피혁을 제조할 때에 함침공정에서 액상실리콘고무를 함침재로 이용하여 우수한 마찰견뢰도를 갖는 것을 특징으로 하는 스웨이드형 인공피혁 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인공피혁은 극세섬유가 3차원적으로 교락되어 형성된 부직포에 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 것으로서, 천연피혁과 유사하게 부드러운 질감 및 독특한 외관을 보유하여, 신발, 의류, 장갑, 잡화, 가구, 및 자동차 내장재 등과 같은 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
종래 인공피혁 제조시 폴리우레탄이 함침재로 주로 사용되어 왔다. 이는 우수한 탄성과 물성이 인공피혁의 소재로써 적합하였기 때문이다.
폴리우레탄 인공피혁의 제조는 디메틸포름아마이드와 같은 유기용매하에 우레탄 원료인 폴리올, 이소시아네이트, 사슬연장제를 중합하여 인공피혁을 제조하는데, 이를 일반적으로 습식법이라 한다.
하지만, 폴리우레탄을 이용하여 인공피혁을 제조하는 종래의 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
폴리우레탄을 이용한 인공피혁을 제조시에는 필수적으로 디메틸포름아마이드라는 유기용매가 사용되는데, 상기 유기용매는 폴리우레탄 수지를 합성할 때에 반응매개체로 사용되거나 인공피혁을 제조할 때에 희석용매로 사용되는데, 이 유기용매는 환경문제를 일으킬 수 있다.
또한, 폴리우레탄은 일반적으로 물에 대한 내가수분해성이 약하다. 장기간 수분에 노출될 때에는 폴리우레탄은 가수분해가 일어날 뿐만 마찰견뢰도 역시 저하되는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 종류의 첨가제 및 바이오(Bio) 소재를 도입하는 시도가 있지만, 이러한 첨가제는 시간경과시 예기치 못한 이차적 문제를 발생시킬 수 있으며, Bio 소재 역시 종래의 일반적인 인공피혁에 비해 기계적 물성 및 견뢰도에서 요구하는 물성을 충족하지 못하는 경우가 발생하고 있다.
대한민국등록특허공보 제0588596호(발명의 명칭: 저 이염(移染)성 폴리우레탄함침 스웨이드조 인공피혁의 제조방법)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 친환경적이고 간단한 제조공정을 가지면서도 마찰견뢰도가 향상되는 인공피혁 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 0.001 내지 0.3 데니어의 섬도를 갖고 서로 교락되어 있는 극세섬유들을 포함하는 부직포에 무용제형 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 인공피혁에 있어서, 상기 고분자 탄성체가 10~30 중량% 함유되고 상기 인공피혁은 염료로 염색되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁을 제공한다.
또한, 본 발명은, 복합방사공정을 통해 해도형 섬유를 제조하는 단계; 상기 해도형 섬유를 이용하여 부직포를 제조하는 단계; 상기 부직포에 액상실리콘고무 탄성체를 함침시키는 단계; 상기 탄성체가 함침된 부직포에서 상기 해도형 섬유의 해성분을 제거하는 단계; 염료를 준비하는 단계; 및 상기 탄성체가 함침되고 상기 해성분이 제거된 부직포를 분산 염료로 염색하는 단계를 포함하며, 상기 탄성체를 함침시키는 단계는 함침, 짜기 및 건조 공정으로만 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 폴리우레탄 대신에 무용제형 액상실리콘고무 탄성체를 포함함으로써 종래보다 우수한 물성을 보유하면서도 유기용제 사용을 억제함으로써 친환경적인 인공피혁을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 우수한 마찰견뢰도를 갖는 스웨이드형 인공피혁의 제조가 가능해진다.
본 발명에 따르면 무용제형 액상실리콘고무 탄성체를 인공피혁 제조공정에 적용함으로써 공정축소로 원가절감이 가능해진다.
본 발명에 의한 인공피혁은 염색물의 마찰견뢰도가 증진되는데, 특히 습마찰 견뢰도가 향상되어 사람의 접촉이 빈번한 차량용 내장재로 활용이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 부직포에 무용제형 액상실리콘고무 탄성체를 함침시키는 단계의 공정도이다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 0.001 내지 0.3 데니어의 섬도를 갖고 서로 교락되어 있는 극세섬유들을 포함하는 부직포에 무용제형 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 인공피혁에 있어서, 상기 고분자 탄성체가 10~30 중량% 함유되고 상기 인공피혁은 염료로 염색되어 있으며, 4급 이상의 마찰견뢰도를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고분자 탄성체는 액상실리콘고무를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 액상실리콘고무 탄성체는, 고중합도의 곧은 사슬 모양의 디오가노폴리실록산에 미분 실리카 등을 보강재로 혼화하고 가교시킨 액상고무 탄성체로서, 내후성, 전기적 특성이 우수하여 -50~200 ℃의 범위에서 사용할 수 있다.
실리콘 오일보다 분자량이 큰 것으로, 분자량은 수십만 정도이고, 비중 0.98, 굴절률 1.40이며, 점도 범위는 50 ~ 5000 Pa.s이다.
본 발명에서는 함침 가공성, 기계적 강도 및 견뢰도를 고려하여 점도 1 ~ 3 Pa.s를 사용하는 것이 바람직하다.
종래 폴리우레탄의 C-C 결합은 시간의 경과에 따라 탈수소화 되어 -CH=CH- 구조로 분해가 일어나는데, 실리콘의 Si-C 결합은 Si=C로 형성되어 내열성, 내화학성이 우수하고 안정적으로 되는 효과가 있다.
분자구조상 실록산 결합 Si-O에 기인하는 무기적 특성 때문에 일반 유기계 고무에 비해 내열성, 화학적 안정성, 전기절연성, 내마모성, 내후성, 내오존성 등이 매우 우수하며 실리콘 고무의 기본물질인 폴리디메틸실록산은 긴 사슬의 고중합체로서 나선형 구조를 형성하고 분자간 상호인력이 작아 풍부한 탄성과 우수한 압축율과 뛰어난 내한성 등을 나타내며, 측쇄의 유기 메틸기는 실리콘만이 가질 수 있는 발수성, 이형성등의 계면특성과 유기적 특성을 발휘하게 된다.
또한 액상실리콘 고무를 이용한 인공피혁은 실리콘의 낮은 표면 장력 때문에 종래의 폴리우레탄 인공피혁보다 발수성, 방오성 및 견뢰도가 우수해지는 효과를 나타낼 수 있다.
시판되는 것 중에는 메틸기(-CH3)의 일부가 페닐기(-C6H5)나 비닐기(-CH2=CH)로 치환되어 있는 것도 있다.
본 발명의 인공피혁에서 상기 고분자 탄성체의 함량이 너무 커질 경우 고무 탄성이 과도하게 발생하여 성형할 때에 과도하게 늘어나 주름이 발생할 수 있고, 너무 적으면 탄성이 발현되지 않아 가공성 및 사용감이 저하될 수 있다. 따라서, 특성을 고려하여 고분자 탄성체의 함량을 조절할 필요가 있으며, 스웨이드형 인공피혁에 적용될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피혁에서는, 상기 고분자 탄성체가 10 ~ 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 인공피혁을 구성하는 부직포 및 염료는 통상적으로 인공피혁을 제조할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 인공피혁 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 인공피혁 제조방법은 고분자 탄성체가 함침된 부직포를 제조하는 단계, 염료를 준비하는 단계 및 상기 부직포를 상기 염료로 염색하는 단계를 포함한다. 이하, 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 부직포를 제조하는 단계는, 복합방사공정을 통해 해도(海島)형 섬유를 제조하는 단계, 상기 해도형 섬유를 이용하여 부직포를 제조하는 단계, 상기 부직포에 액상실리콘고무 탄성체를 함침시키는 단계, 및 상기 액상실리콘고무 탄성체가 함침된 부직포에서 상기 해도형 섬유의 해성분을 제거하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 해성분인 제1폴리머를 제거하는 단계는 상기 부직포에 액상실리콘고무 탄성체를 함침시키는 단계 이전 또는 이후에 수행할 수 있다.
상기 해도형 섬유를 제조하는 단계는, 용제에 용해되어 용출되는 해(海)성분의 제1폴리머와 용제에 용해되지 않고 잔존하는 도(島)성분의 제2폴리머를 이용하여 복합방사하는 공정을 포함한다.
상기 부직포를 제조하는 단계는, 스테이플 상태의 해도형 섬유를 카딩(carding) 공정 및 크로스 래핑(cross lapping) 공정을 통해 웹(Web)을 형성하는 공정 및 상기 형성한 웹을 니들 펀치 또는 워터젯 펀치하는 공정을 포함한다.
선택적으로, 필라멘트 상태의 해도형 섬유를 스판 본딩(span bonding) 공정을 통해 웹(Web)을 형성한 후 니들펀치 또는 워터젯펀치 등을 이용하여 부직포를 제조할 수도 있다.
상기 탄성체를 함침시키는 단계는 상기 제조된 부직포를 상기 액상실리콘고무의 함침액에 침지시킨 후 꺼내고 함침액을 짜준 후 가온건조하여 경화시키는 함침공정이다.
상기 부직포를 무용제형 액상실리콘고무 탄성체 함침액에 침지시켜 함침하는 공정을 하기 도 1에 도시한다.
상기 제조된 부직포를 상기 무용제형 액상실리콘고무 탄성체 용액에 침지시키기 전에, 상기 부직포를 폴리비닐알코올 수용액으로 패딩처리하여 형태를 안정화시킬 수 있다.
상기 액상실리콘고무는 함침액의 함침재로 사용되는데, 이는 실라놀 및 가교제가 물에 에멀젼상으로 분산되어 있는 유동성이 있는 실리콘으로서, 실라놀과 가교제가 열에 의해 축합반응하여 실리콘수지가 생성되게 된다.
이때, 상기 가교제로는 하이드라진실란, 실라놀실란, 알콕시실란, 옥심실란, 에녹시실란, 아민실란, 아마이드실란, 아미노실란 등이 사용되며, 실라놀과 축합반응시 각각 수소, 물, 알코올, 초산, 옥심, 케톤, 아민, 아마이드, 하이드로실 아미이드가 부산물로 발생하게 된다.
상기 함침공정은 부직포를 상기 함침액에 함침시키고 건저내어 압착롤을 이용하여 상기 부직포에 묻어 있는 과량의 액상실리콘고무를 짜준 후, 이를 건조기로 130 내지 160 ℃에서 가온하여 상기 함침액의 에멀젼상으로 분산되어 있는 실라놀과 가교제가 축합반응하여 경화된 실리콘수지가 적용된 함침포가 생산된다.
본 발명에서 탄성체에 함침시키는 단계는 탄성체를 용매에 분산시켜 함침액을 제조하는 공정이 필요 없으므로 함침, 짜기 및 건조 공정으로만 제조 공정이 단순해 진다.
상기 해도형 섬유의 해성분을 제거하는 단계는, 상기 섬유를 극세화하는 공정으로서 가성소다 수용액과 같은 알칼리 용제를 이용하여 해성분인 제1폴리머를 용출시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 부직포 제조 단계는, 복합방사공정을 통해 해도형 섬유를 제조하는 단계, 상기 해도형 섬유를 이용하여 부직포를 제조하는 단계, 상기 부직포에서 상기 해도형 섬유의 해성분을 제거하는 단계 및 상기 해성분이 제거된 부직포에 고분자 탄성체를 함침시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 부직포 제조 단계는, 복합방사를 통해 0.001 내지 0.3 데니어의 섬도를 갖는 극세섬유를 제조하는 단계, 상기 극세섬유를 이용하여 부직포를 제조하는 단계 및 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침시키는 단계를 포함한다.
상기 염료를 준비하는 단계는 황색, 적색 및 청색 분산 염료들을 혼합하는 단계를 포함한다.
상기 분산 염료는 벤젠 아조계 분산 염료, 헤테로환 아조계 분산 염료, 안트라퀴논계 분산 염료, 축합계 분산 염료 중 어느 하나 이상의 염료로 이루어진 것을 이용할 수 있다.
상기 고분자 탄성체가 함침된 부직포를 상기 분산 염료로 염색하는 단계는 상기 분산 염료 및 조제를 첨가한 염액을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 염액은 1 내지 20 % o.w.f.(on the weight of fiber, 대섬유 중량)의 황색 분산 염료, 1 내지 20 % o.w.f.의 적색 분산 염료 및 1 내지 20 % o.w.f.의 청색 분산 염료를 포함함으로써 흑색 계통의 컬러를 발현하며, 상기 분산 염료의 총 함량은 3 내지 60 % o.w.f.일 수 있다.
상기 염색하는 단계에서 상기 염액의 온도를 80 ~ 140 ℃로 유지하고, 20 ~ 60분 동안 염색을 수행할 수 있다. 상기 염액의 온도가 140 ℃를 초과하거나 상기 염색을 60 분 초과하여 수행할 경우에는 비용이 증가할 수 있어 바람직하지 못하다.
선택적으로, 염색된 인공피혁의 표면상의 미고착염료나 불순물을 제거하는 환원세정 공정이 더 수행될 수 있다. 상기 환원세정 공정은 40~100 ℃에서 10~30 분 동안 수행될 수 있다. 상기 환원세정 공정을 통해, 인공피혁의 색상이 더욱 선명해질 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.
[실시예 1]
단사섬도가 0.3 데니어인 부직포에 탄성체로서 점도가 2000 mPa.s인 액상실리콘고무(SL-5060, 다우코닝)를 함침시켜 부직포 두께의 50 %로 짜준 후, 이를 건조기에서 145 ℃, 10 분간 가온하여, 액상실리콘고무가 10 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공하였다. 상기 함침포를 표면 연삭을 통해 1.0 mm 두께의 인공피혁으로 제조하였고, 하기 염색조건 및 환원세정조건으로 염색 및 환원세정을 하였다.
<염색조건>
1) 염료 비율
- 황색 분산 염료(Huntsman사 제품) 16.4 % o.w.f.
- 적색 분산 염료(Huntsman사 제품) 12.1 % o.w.f.
- 청색 분산 염료(Huntsman사 제품) 14.0 % o.w.f.
2) 균염제 : PEO Alkyl Amine Sulfate Type 화합물 배합품 2.5% o.w.f.
3) 욕중유연제(D-1500) : 3g/l
4) 산 : 아세트산 1g/l
5) 욕비(첨가물 중량:용매 중량) : 1:25
6) 염색온도 및 시간 : 120 ℃ 및 60 분
상기 조건으로 염색과정을 완료한 후, 아래 같은 조건으로 2회 환원세정하였다.
<환원세정조건>
1) 수산화나트륨 : 4g/l
2) 소듐하이드로설파이트 : 8g/l
3) 욕비(첨가물 중량:용매 중량) : 1:25
4) 세정온도 및 시간 : 80 ℃ 및 20분
상기 조건의 세정을 완료한 후 인공피혁을 회수하고 열풍건조기 내에서 120 ℃ 및 10 분간 건조하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 액상실리콘고무가 20 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 액상실리콘고무가 30 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 탄성체로서 폴리우레탄 고분자가 10 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 탄성체로서 폴리우레탄 고분자가 20 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 탄성체로서 폴리우레탄 고분자가 30 중량% 함유된 함침포를 얻도록 가공한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 인공피혁에 대하여 하기의 평가방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<평가방법>
본 발명에서 '인공피혁의 마찰견뢰도'는 ISO 105법에 의하여 측정한다.
건마찰 견뢰도 평가는 폭 25 mm, 길이 220 mm의 시험 편을 세로방향에 평행으로 2 매 취하여 마찰시험기의 시험대에 고정하고, 세로, 가로 각각 50 mm의 백면포로 시험기의 마찰자를 덮어 고정한다. 마찰자에는 4.9 N(500 gf)의 하중을 건 후, 왕복속도 30 회/분, 이행 거리 100 mm로 시험편의 표면을 100 회 왕복시킨 후 백면포를 벗겨 백면포의 오염 정도를 오염용 그레이 스케일로 판정한 등급을 구한다.
습마찰 견뢰도 평가는 폭 25 mm, 길이 220 mm의 시험편을 세로방향에 평행으로 2 매 취하여 마찰시험기의 시험대에 고정하고, 세로, 가로 각각 50 mm의 백면포로 인공 땀액에 10 분간 침적한 후 가볍게 짜서 시험기의 마찰자를 덮어 고정한다. 마찰자에는 4.9 N(500 gf)의 하중을 건 후, 왕복속도 30 회/분, 이행 거리 100 mm로 시험편의 표면을 100 회 왕복시킨 후 백면포를 벗겨 백면포의 오염 정도를 오염용 그레이 스케일로 판정한 등급을 구한다.
마찰견뢰도(급)
건마찰 습마찰
실시예 1 4 4~5
실시예 2 4 4~5
실시예 3 4 4~5
비교예 1 3~4 3
비교예 2 3~4 3
비교예 3 3 2~3
상기 표 1의 비교예 1~3으로부터 탄성체로 폴리우레탄을 사용한 인공피혁은 마찰견뢰도 등급이 낮고 폴리우레탄의 함침량이 증가할 수록 마찰견뢰도의 등급이 저하되는 것을 알 수 있다.
반면에, 실시예 1~3으로부터 탄성체로 액상실리콘고무를 사용한 인공피혁은 마찰견뢰도 등급이 우수하고, 땀액 조건에서 등급이 상승하는 것으로부터 실제 사용 환경에서 마찰견뢰도가 저하되지 않으며, 액상실리콘고무 함침량이 증가하여도 마찰견뢰도가 저하되지 않음을 확인할 수 있다.
1: 부직포, 2: 탄성체 함침액 탱크, 3: Squeezing roll, 4: 건조기

Claims (5)

  1. 0.001 내지 0.3 데니어의 섬도를 갖고 서로 교락되어 있는 극세섬유들을 포함하는 부직포에 무용제형 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 인공피혁에 있어서, 상기 고분자 탄성체가 10~30 중량% 함유되고 상기 인공피혁은 염료로 염색되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 탄성체는 액상실리콘고무인 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인공피혁은 ISO 105법에 의한 건마찰 견뢰도가 4급 이상이며, 습마찰 견뢰도가 4급 이상인 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁.
  4. 복합방사공정을 통해 해도형 섬유를 제조하는 단계;
    상기 해도형 섬유를 이용하여 부직포를 제조하는 단계;
    상기 부직포에 액상실리콘고무 탄성체를 함침시키는 단계;
    상기 탄성체가 함침된 부직포에서 상기 해도형 섬유의 해성분을 제거하는 단계;
    염료를 준비하는 단계; 및
    상기 탄성체가 함침되고 상기 해성분이 제거된 부직포를 분산 염료로 염색하는 단계를 포함하며,
    상기 탄성체를 함침시키는 단계는 함침, 짜기 및 건조 공정으로만 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 해성분을 제거하는 단계가 상기 탄성체를 함침시키는 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰견뢰도가 우수한 인공피혁의 제조방법.
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