KR20170054136A - 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법 - Google Patents

무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법 Download PDF

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KR20170054136A
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Abstract

개시된 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법은, 이형지 위에, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함하는 제1 폴리우레탄 수지를 도포하여 스킨층을 형성하는 단계, 상기 스킨층을 가열하여 경화하는 단계, 상기 경화된 스킨층 위에 제2 폴리우레탄 수지를 도포하여 바인더층을 형성하는 단계, 상기 바인더층 위에 원단층을 제공하는 단계, 상기 바인더층을 가열하여 바인더층을 경화하는 단계 및 상기 이형지를 제거하는 단계를 포함한다. 따라서, 친환경적으로 인조피혁을 제조할 수 있다.

Description

무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SYNTHETIC LEATHER USING SOLVENT-FREE URETHANE RESIN}
본 발명은 인조피혁의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휘발성 용제를 이용하지 않음으로써, 친환경성을 개선할 수 있는 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법에 관한 것이다.
폴리우레탄으로 제조되는 인조피혁은 제조비용이 적을 뿐만 아니라, 외관, 밀도, 강도 및 표면 촉감이 천연피혁과 유사하고, 제조공정의 용이성 및 대량생산이 가능하여 다양한 분야에 이용되고 있다.
상기 인조피혁을 제조하는 방법으로는 건식법과 습식법이 알려져 있다. 건식법은, 메틸에틸케톤, 톨루엔, 아세톤, 이소스포필 알코올 등 휘발성이 강한 유기용제에 폴리우레탄 수지를 용해시킨 후, 이를 이형지에 도포하고, 유기용제를 증발시킴으로써, 스킨층을 형성한 후, 스킨층 위에 폴리우레탄 수지를 도포한 후, 기재로서, 직물, 편물, 부직포 등을 접착시켜 건조하는 방법이다. 습식법은 디메틸 포름아미드 등과 같은 유기 용제를 포함하는 폴리우레탄 수지를, 기재에 도포한 후, 응고제(물)가 담겨있는 응고조에 통과시켜 유기 용제를 추출함으로써, 막을 형성하고 이를 건조하여 인조피혁을 얻는다.
상기와 같은 종래의 방법들은 휘발성 유기 용제를 이용함에 따라, 대기 오염을 유발하거나, 작업 공정 중에 화재 등의 위험이 있다.
이에 대하여 수분산 폴리우레탄 수지를 이용하는 방법이 개발되었으나, 물성이 낮아 널리 이용되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경성을 개선할 수 있는, 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법은, 이형지 위에, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함하는 제1 폴리우레탄 수지를 도포하여 스킨층을 형성하는 단계, 상기 스킨층을 가열하여 경화하는 단계, 상기 경화된 스킨층 위에 제2 폴리우레탄 수지를 도포하여 바인더층을 형성하는 단계, 상기 바인더층 위에 원단층을 제공하는 단계, 상기 바인더층을 가열하여 바인더층을 경화하는 단계 및 상기 이형지를 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 디이소시아네이트 프리폴리머의 NCO 함량은 15 내지 25%이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 폴리우레탄 수지의 점도는 3,000 내지 8,000cps이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 미세 캡슐 및 제2 미세 캡슐의 벽체는, 멜라민-포르말린 수지, 우레아-포르말린 수지, 폴리우레탄 수지 및 무기질로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 스킨층 및 상기 바인더층의 경화는, 80 내지 150℃에서 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 상기 바인더층을 가열한 이후, 50 내지 80℃에서 숙성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 원단층은, 직물, 편물 및 부직포로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 폴리우레탄 수지는, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 소포제 및 금속계 촉매를 포함한다.
본 발명에 따르면, 인조피혁 제조 공정 전체에서 용제를 사용하지 않음으로써, 친환경적으로 인조피혁을 제조할 수 있다.
또한, 미세 캡슐을 이용하여 인조피혁에 스크래치에 대한 자기치유성을 부여할 수 있다.
또한, 바인더층과 원단층이 결합된 상태에서, 바인더층의 경화를 진행함으로써, 인조피혁의 내구성을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 설명되는 실시예는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무용제 폴리우레탄 수지를 이용한 인조피혁의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 이형지(10) 위에 2액형 폴리우레탄 수지를 도포하여, 스킨층(20)을 형성한다.
상기 2액형 폴리우레탄 수지는, 폴리올과 프리폴리머를 포함한다. 상기 2액형 폴리우레탄 수지는, 상기 폴리올을 포함하는 주제와 상기 프리폴리머를 포함하는 경화제를 교반하여 얻어질 수 있다.
예를 들어, 상기 주제(폴리올 혼합물)는, 폴리올, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리올은, 에테르계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 카보네이트계 폴리올 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올의 중량평균분자량은 500 내지 5,000일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 미세 캡슐에서 상기 비닐기 함유 실리콘계 화합물은, 비닐 말단 폴리디메틸실록산, 비닐 말단 폴리디에틸실록산, 비닐 말단 폴리디페닐실록산, 비닐 말단 디에틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐 말단 디페닐실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐 말단 트리플루오로프로필메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 트리메틸실록시 말단 비닐메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 실란올 말단 비닐메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐 말단 비닐메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐메틸실록산 단독중합체, 비닐메틸실록산-옥틸메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐메틸실록산-페닐메틸실록산-디메틸실록산 공중합체, 비닐메톡시실록산 단독중합체, 비닐에톡시실록산 단독중합체, 비닐에톡시실록산-프로필에톡시실록산 공중합체 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 미세 캡슐에서 상기 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물은, 하이드라이드 말단 폴리디메틸실록산, 하이드라이드 말단 폴리디에틸실록산, 하이드라이드 말단 폴리디페닐실록산, 하이드라이드 말단 폴리페닐메틸실록산, 트리메틸실록시 말단 메틸하이드로실록산-디메틸실록산 공중합체, 하이드라이드 말단 메틸히드로실록산-디메틸실록산 공중합체, 트리메틸실록시 말단 폴리메틸하이드로실록산, 트리에틸실록시 말단 폴리에틸하이드로실록산, 하이드라이드 말단 폴리페닐-(디메틸하이드로실록시)실란, 하이드라이드 말단 메틸히드로실록산-페닐메틸실록산 공중합체, 메틸하이드로실록산-옥틸메틸실록산 공중합체 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 미세 캡슐의 벽재는, 멜라민-포르말린 수지, 우레아-포르말린 수지, 폴리우레탄 수지, 무기질 등을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 미세 캡슐의 평균입경은 0.01 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 제1 및 제2 미세 캡슐은, 인조 피혁이 제조된 후, 사용에 의해 스크래치와 같은 손상이 발생하였을 때, 즉 외력이 가해졌을 때, 벽재 내부의 실리콘 화합물들이 유출되고 이들이 반응함으로써, 스킨층을 복구할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속계 촉매는, 백금, 니켈, 파라듐, 티타늄, 로듐, 루테늄, 백금계 착체, 니켈계 착체, 파라듐계 착체, 티타늄계 착체, 로듐계 착체, 루테늄계 착체 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
상기 소포제는, 종래의 폴리우레탄 수지 제조에 사용되는 것들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 실리콘계 소포제 또는 비실리콘계 소포제가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 주제는, 상기 폴리올 100 중량부에 대하여, 상기 제1 미세 캡슐 3 내지 30 중량부, 상기 제2 미세 캡슐 3 내지 30 중량부, 상기 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 상기 금속계 촉매 0.0005 내지 1.0 중량부를 포함할 수 있다.
상기 주제는, 사슬 연장제를 더 포함할 수 있다. 상기 사슬 연장제는 디올, 트리올, 테트라올, 디아민, 아미노알코올 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 디올로는 1,4-부탄디올이 사용될 수 있으며, 상기 디아민으로는, 폴리옥시프로필렌디아민, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 부틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 1,4-시클로헥실디아민, 테트라메틸프로필렌디아민, 테트라메틸헥사메틸렌디아민, 이소포론디아민, m-페닐렌디아민, m-크실렌디아민, 톨루엔디아민 등이 사용될 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 바람직하게, 폴리우레탄 수지의 결정화도를 높이기 위하여 1,4-부탄디올이 사용될 수 있다.
상기 경화제는, 양 말단에 이소시아네이트기를 갖는 디이소시아네이트 프리폴리머를 포함한다. 상기 디이소시아네이트 프리폴리머는, 폴리올 및 디이소시아네이트 화합물을 반응시켜 얻어진다.
상기 디이소시아네이트 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올은 에테르계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 카보네이트계 폴리올 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 상기 폴리올은, 상기 주제부의 폴리올과 실질적으로 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 디이소시아네이트 화합물은, 방향족 또는 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 디이소시아네이트 화합물은 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 변성 MDI, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 크실렌 디이소시아네이트(XDI) 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
상기 폴리올 및 상기 디이소시아네이트 화합물의 혼합물 전체 중량에 대하여, 상기 혼합물은, 상기 폴리올 15 내지 35중량% 및 상기 디이소시아네이트 화합물 65 내지 85 중량%를 포함할 수 있다. 상기 폴리올 및 상기 디이소시아네이트 화합물의 반응은 금속계 촉매의 존재 하에 진행될 수 있다.
상기 얻어진 디이소시아네이트 프리폴리머의 NCO 함량은 15 내지 25%일 수 있다.
상기 주제 및 상기 경화제는 교반기를 이용하여 고속 교반될 수 있으며, 상기 주제 100 중량부에 대하여 상기 경화제 60 내지 80 중량부가 혼합될 수 있다. 상기 주제 및 상기 경화제를 교반한 후 혼합물의 점도는 2,000 내지 12,000cps 일 수 있으며, 바람직하게는 3,000 내지 8,000cps일 수 있다. 상기 혼합물의 점도가 과도하게 낮은 경우, 필요한 두께의 스킨층을 형성하기 어려우며, 점도가 과도하게 높은 경우, 스킨층의 두께가 불균일하거나 가교화가 불충분할 수 있다.
상기 주제 및 상기 경화제를 혼합하여 얻어진 2액형 폴리우레탄 수지는, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함할 수 있다.
상기 주제 및 경화제의 혼합물을 도포한 후, 가열하여 스킨층(20)의 경화 반응을 진행한다. 상기 경화 반응을 통하여, 상기 주제의 폴리올과 상기 경화제의 프리폴리머가 반응하여, 폴리우레탄을 형성한다. 상기 경화 반응을 위하여, 상기 스킨층(20)은 80 내지 150℃에서 가열될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 스킨층(20) 위에 2액형 폴리우레탄 수지를 도포하여, 바인더층(30)을 형성한다.
상기 2액형 폴리우레탄 수지는, 폴리올과 프리폴리머를 포함한다. 상기 2액형 폴리우레탄 수지는, 상기 폴리올을 포함하는 주제와 상기 프리폴리머를 포함하는 경화제를 교반하여 얻어질 수 있다.
예를 들어, 상기 주제(폴리올 혼합물)는, 폴리올, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함할 수 있다. 상기 경화제는, 양 말단에 이소시아네이트기를 갖는 디이소시아네이트 프리폴리머를 포함한다. 상기 바인더층(30)을 형성하기 위한 2액형 폴리우레탄 수지는, 상기 스킨층(20)을 형성하기 위한 2액형 폴리우레탄 수지와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 다른 실시예에서, 상기 주제는, 상기 미세 캡슐들을 포함하지 않고, 폴리올, 소포제 및 금속계 촉매를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 바인더층(30) 위에 원단층(40)을 부착한다. 상기 원단층(40)은, 직물, 편물 또는 부직포를 포함할 수 있다. 상기 원단층(40)은 상기 바인더층(30)이 경화되기 전에 제공된다. 상기 원단층(40)을 제공한 후, 가열하여 상기 바인더층(30)의 경화 반응을 진행한다. 상기 경화 반응을 통하여, 상기 주제의 폴리올과 상기 경화제의 프리폴리머가 반응하여, 우레탄 결합을 형성하고, 상기 스킨층(20)의 반응기와의 반응이 진행될 수 있다. 따라서, 상기 바인더층(30)은, 상기 스킨층(20) 및 상기 원단층(40)과 단단하게 결합할 수 있다. 상기 경화 반응을 위하여, 상기 바인더층(30)은 80 내지 150℃에서 가열될 수 있다.
상기 바인더층(30)을 가열한 후, 추가적으로 경화를 진행하기 위하여, 숙성 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 상기 경화 온도보다 낮은 온도, 예를 들어, 50 내지 80℃에서 숙성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 이형지(10)를 제거하여, 스킨층(20)의 표면이 드러나도록 함으로써, 인조피혁을 완성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인조피혁 제조 공정 전체에서 용제를 사용하지 않음으로써, 친환경적으로 인조피혁을 제조할 수 있다.
또한, 미세 캡슐을 이용하여 인조피혁에 스크래치에 대한 자기치유성을 부여할 수 있다.
또한, 바인더층과 원단층이 결합된 상태에서, 바인더층의 경화를 진행함으로써, 인조피혁의 내구성을 개선할 수 있다.
본 발명은, 인조피혁의 제조에 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 이형지 위에, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 내부에 비닐기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제1 미세 캡슐, 내부에 하이드라이드기 함유 실리콘 화합물을 포함하는 제2 미세 캡슐, 소포제 및 금속계 촉매를 포함하는 제1 폴리우레탄 수지를 도포하여 스킨층을 형성하는 단계;
    상기 스킨층을 가열하여 경화하는 단계;
    상기 경화된 스킨층 위에 제2 폴리우레탄 수지를 도포하여 바인더층을 형성하는 단계;
    상기 바인더층 위에 원단층을 제공하는 단계;
    상기 바인더층을 가열하여 바인더층을 경화하는 단계; 및
    상기 이형지를 제거하는 단계를 포함하는 인조피혁의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디이소시아네이트 프리폴리머의 NCO 함량은 15 내지 25%인 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 폴리우레탄 수지의 점도는 3,000 내지 8,000cps인 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미세 캡슐 및 제2 미세 캡슐의, 벽체는 멜라민-포르말린 수지, 우레아-포르말린 수지, 폴리우레탄 수지 및 무기질로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 스킨층 및 상기 바인더층의 경화는, 80 내지 150℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 바인더층을 가열한 이후, 50 내지 80℃에서 숙성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원단층은, 직물, 편물 및 부직포로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 폴리우레탄 수지는, 폴리올, 디이소시아네이트 프리폴리머, 소포제 및 금속계 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피혁의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 의해 제조된 인조 피혁.
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