KR20180075904A - 인공피혁 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마찰견뢰도가 우수하면서도 모우를 다양하게 발현시키는 인공피혁에 관한 것으로, 폴리에스테르 해도사 또는 분할사, 및 고수축 폴리에스테르 필라멘트를 합사한 원사로 이루어진 편성물에 액상 실리콘 고무를 함침시키고, 편성물의 표면에서 실리콘 고무를 제거하고 연삭하여 인공피혁이 제조된다.
본 발명에 의하면 인공피혁에서 베이스 기재가 극세사 및 고수축사의 합사에 의한 편성물로 이루어지고 탄성체가 실리콘으로 이루어져, 촉감, 신축성, 마찰견뢰도, 내이염성이 향상되는 것이 가능해진다.

Description

인공피혁 및 이의 제조방법{artificial leather and method of manufacturing the same}
본 발명은 마찰견뢰도가 우수하면서도 모우를 다양하게 발현시키는 인공피혁에 관한 것이다.
인공피혁은 극세섬유가 3차원적으로 교락되어 형성된 부직포에 고분자 탄성체가 함침되고 표면에 기모를 형성하여 이루어진 것으로서, 천연피혁과 유사하게 부드러운 질감 및 독특한 외관을 가져, 신발, 의류, 장갑, 잡화, 가구 및 자동차 내장재 등과 같은 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
이와 같이 인공피혁은 다양한 분야에 사용되므로 강신도, 인열강도 및 내마모성 등의 기계적 물성 면에서 우수하여야 하면서도, 유연성, 탄성, 부드러운 촉감 등과 같은 감성품질도 우수하여야 하며, 다양한 색상과 농도로 염색될 수 있는 우수한 염색성 및 높은 수준의 마찰견뢰도가 요구되고 있다.
일반적으로 인공피혁은, 베이스 기재로서 부직포에 고분자 탄성체로서 폴리우레탄을 용액화하여 함침시키고 응고공정을 거쳐 표면을 연삭하고 염색하여 제조되는데, 이러한 인공피혁은 유연성 및 탄성 특성을 유지하면서 내마모성과 내이염성 등의 물성을 향상시키기에는 한계가 있어왔다.
또한, 폴리우레탄을 함침한 인공피혁을 제조할 때에 필수적으로 디메틸포름아마이드라는 유기 용매가 사용되는데, 상기 유기 용매는 폴리우레탄을 합성할 때에 반응매개체로 사용되거나 인공피혁을 제조할 때에 희석용매로 사용되는데, 이 유기 용매는 환경문제를 일으킬 수 있다.
또한, 폴리우레탄 함침후 염색하고 세정을 실시하는데, 세정공정에서 잔존 염료 제거후 폴리우레탄의 색상과 염색된 섬유의 색상의 차이가 발생하여 품위가 저하되고 견뢰도의 차이가 발생할 수 있다.
또한, 폴리우레탄은 일반적으로 물에 대한 내가수분해성이 약하다. 장기간 수분에 노출될 때에는 폴리우레탄은 가수분해가 일어날 뿐만 아니라 마찰견뢰도 역시 저하되는 한계가 있다.
이에 따라 환경을 위해 유기 용매를 사용하지 않으면서 내마모성과 내이염성 등을 향상하기 위해 탄성체로서 폴리우레탄 이외에 실리콘을 사용하려는 연구개발이 있어 왔다.
대한민국공개특허 제2003-0095872호에 액상 실리콘 고무를 이용한 합성피혁의 제조방법이 개시되었으나, 이 방법에 의하여 제조된 합성피혁은 부직포 섬유에 대한 실리콘 고무의 접착성이 저하되고, 내구성이 저하되어 가공할 때에 봉제가 손상될 수 있고, 내용제성이 저하되며, 표면 연삭에 의해 모우의 발생이 불균일해지고, 부직포 기재에 실리콘 함침으로 신축성과 충진감이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 인공피혁에서 액상 실리콘 고무를 탄성체로 사용하되, 인공피혁에서 요구하는 특성을 충족하도록 베이스 기재를 개량하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 폴리에스테르 해도사 또는 분할사, 및 고수축 폴리에스테르 필라멘트를 합사하여 원사를 제조하는 단계; 상기 원사로 환편 조직의 편성물을 제조하는 단계; 상기 편성물을 70~95℃의 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 감량 및 수축을 시켜 고밀도 편성물을 얻는 단계; 상기 고밀도 편성물에 액상 실리콘 고무를 함침시키고 건조하여 함침포를 얻는 단계; 상기 함침포의 표면에서 상기 실리콘 고무을 제거하고 연삭을 하여 기모가 형성된 함침포를 얻는 단계; 및 상기 기모가 형성된 함침포를 염색하는 단계;를 포함한 인공피혁의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 인공피혁에서 베이스 기재가 극세사 및 고수축사의 합사에 의한 편성물로 이루어지고 탄성체가 실리콘으로 이루어져, 촉감, 신축성, 마찰견뢰도, 내이염성이 향상되는 것이 가능해진다.
또한, 모우가 형성되지 않은 비모우 영역의 비율인 모우 공극률의 감소로 인하여 필라멘트 사이의 간격이 좁아지고 밀도가 증가하므로 인공피혁의 내구성이 향상되는 것이 가능해진다.
본 발명은, 용출 성분과 섬유형성성 성분으로 구성된 폴리에스테르 해도사 또는 폴리에스테르 분할사, 및 고수축 폴리에스테르계 필라멘트를 합사하여 원사를 제조하고, 상기 원사로 환편 조직의 편성물을 제조한 후, 상기 편성물에 액상 실리콘 탄성체를 함침시키고 연삭하여 이루어지는 마찰견뢰도가 향상된 인공피혁 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 원사는 극세화가 가능한 상기 해도사 또는 분할사에 단사섬도 1~4 데니어의 고수축 폴리에스테르계 필라멘트를 상호 인터레이스한 인터레이스사를 사용할 수 있다.
상기 극세화에 의한 극세사의 제조형태는 일반적으로 해도형(海島形), 분할형, 직접방사형 등이 있으나 본 발명에서는 최종적으로 단사 섬도가 0.1~1.0 데니어를 가져 천연 스웨이드 느낌과 부드러운 촉감을 나타내기에 충분한 극세사를 사용할 수 있다.
상기 고수축 폴리에스테르계 필라멘트는 편·제직시에는 일반 섬유와 동일한 물성을 보이지만, 정련 및 염색공정 등에서 열수(熱水)를 만나면 고수축의 물성을 보이는 섬유이다. 본 발명에서 상기 고수축 폴리에스테르계 필라멘트는 20~50%의 비수수축률을 보유한 필라멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 일반 폴리에스테르계 필라멘트에 비해 2배 이상의 비수수축률을 보이기 때문에 폴리에스테르계 극세사와 교락(인터레이스)됨으로써 이후의 수축가공에 의하여 폴리에스테르계 극세사와 수축도의 차이에 의해 자연스러운 루프를 형성하고 볼륨감을 나타내며, 기모공정에서 기모 길이 조절과 기모의 정도 조절이 용이해져 편성물의 스웨이드 효과가 다양하게 발현되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 환편(CIRCULAR KNIT) 조직 편성 작업은 상기 인터레이스사를 양면 인터록 또는 양면 이중지 조직으로 환편할 수 있으며, 생지 중량이 150~500g/YD가 되도록 게이지를 조정하여 편성하여 편성물을 제조할 수 있다.
이후 상기 편성물을 상압 감량기에서 2% 농도의 수산화나트륨(20g/L) 용액을 사용하여 70~95℃에서 20~40분간 처리하여 상기 해도사의 해성분이 용출된 편성물을 얻을 수 있다. 이 과정에서 고수축사에 의한 수축이 일어나 편성물이 축소될 수 있다.
이러한 수축에 의해 편성물의 밀도가 증가하여 최종제품인 인공피혁에서 표면의 입모 밀도가 높이 증가함으로써, 표면에서 연삭에 의해 모우 발생의 정도를 조정하여 외관 특성이 다양하게 나타나도록 할 수 있고, 표면 외관 품질을 개선할 수 있고, 볼륨감, 신축성 및 터치(Touch)감을 개선하여 감성품질을 향상시킬 수 있다.
이때, 편성물의 겉보기 밀도는 상기 수축에 의해 0.4~0.6g/㎤이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이후 상기 편성물을 액상 실리콘 고무에 침지하여 함침시키는 것을 실시할 수 있다.
상기 액상 실리콘 고무는, 고중합도의 곧은 사슬 모양의 디오가노폴리실록산에 미분 실리카 등을 보강재로 혼화하고 가교시킨 액상고무 탄성체로서, 내후성, 전기적 특성이 우수하여 -50~200℃의 범위에서 사용할 수 있다.
상기 액상 실리콘 고무는 분자량이 수십만 정도로서 통상의 실리콘 오일보다 분자량이 크고 분자량은 점도에 의존하며, 비중 0.98~0.99, 굴절률 1.38~1.42이다.
본 발명에서 상기 액상 실리콘 고무는 점도 1 ~ 200 Pa.S의 것을 사용하는 것이 편성물에 고함량으로 충전이 가능하면서도 함침 가공성, 기계적 강도 및 견뢰도를 향상시킬 수 있어 바람직하다.
시간의 경과에 따라 폴리우레탄의 C-C 결합은 탈수소화 되어 -CH=CH- 구조로 분해가 일어나는 것과 비교하여, 실리콘의 Si-C 결합은 Si=C로 형성되어 안정적이고 내열성, 내화학성이 우수해지는 효과가 있다.
상기 액상 실리콘 고무는 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 탄성, 우수한 압축률 및 뛰어난 내한성 등을 나타내며, 측쇄의 유기 메틸기는 실리콘만이 가질 수 있는 발수성, 이형성 등의 계면특성과 유기적 특성을 발휘하게 된다.
실리콘 고무는, 염료에 의한 염색성이 거의 없어 염료에 의해 오염이 되더라도 세정공정에서 오염의 제거가 용이하므로, 인공피혁에서 염료 이염(migration) 현상을 나타내지 않아 마찰견뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 액상 실리콘 고무를 함침한 인공피혁은 실리콘의 낮은 표면 장력 때문에 종래의 폴리우레탄 함침 인공피혁보다 발수성, 방오성 및 견뢰도가 우수해지는 효과를 나타낼 수 있다.
폴리우레탄 함침 인공피혁은 잔류염료가 폴리우레탄의 다공질 구조에 흡착되어 세정할 때에 잔류염료의 완벽한 제거가 어렵고 이로 인하여 인공피혁에서 잔류염료가 고착되어 있다가 자유로이 이동하여 변색이 발생하고 마찰견뢰도를 저하할 수 있다.
반면에 액상 실리콘 고무를 함침한 인공피혁은 실리콘의 우수한 발수, 발유 및 슬립성으로 인하여 함침공정 이후에 염색 및 여러 후가공 공정에서 잔류염료가 실리콘 고무에 침투하기 어렵고 슬립성으로 인하여 잔류염료의 세정이 용이하여 섬유에서만 염색이 이루어지도록 하여 인공피혁에서 변색이 어렵고 마찰견뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 액상 실리콘 고무는 실리콘 분산액과 달리 용매를 포함하고 있지 않으므로, 후공정인 건조 공정에서 용매의 휘발이 발생하지 않아 탄성체의 다공질 구조가 형성되지 않는다. 이에 따라 섬유에 균일하게 함침된 상태가 후공정에서도 계속 유지되어 섬유의 마찰 견뢰도를 향상시킬 수 있다.
액상 실리콘 고무로 시판되는 것 중에는 메틸기(-CH3)의 일부가 페닐기(-C6H5)나 비닐기(-CH2=CH)로 치환되어 있는 것도 있다.
본 발명의 인공피혁에서 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 실리콘 고분자의 함량을 조절할 필요가 있으며, 스웨이드형 인공피혁에 적용될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피혁에서는, 상기 액상 실리콘 고무가 10 ~ 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 인공피혁에서 액상 실리콘 고무의 함량이 10 중량% 미만이면 탄성체의 역할을 하기 어려워 염색 후 섬유의 감성이 발현되어 스웨이드 감성이 나타나기 어렵고 탄성, 내구성 및 견뢰도가 저하되며, 30 중량%를 초과하면 인공피혁이 너무 딱딱해지고 실리콘에 의한 슬립성이 과하게 부여되어 표면가공이 어려워지고 이로 인하여 고감성의 스웨이드 인공피혁이 구현되기 어려워 바람직하지 못하다.
상기 함침은 상기 편성물을 액상 실리콘 고무의 함침액에 침지한 후 꺼내고 함침액을 짜준다.
이후, 상기 편성물의 표면에 나이프(knife)를 밀착시켜 나이프에 의해 표면의 액상 실리콘 고무를 제거하고, 그 다음에 이를 건조기에서 130~160℃로 가온하여 상기 함침액에서 실라놀과 가교제를 축합반응시켜 경화된 실리콘 고무가 적용된 함침포를 제조할 수 있다.
이후, 상기 함침포의 표면을 샌드페이퍼를 이용하여 연삭하여 기모를 형성하고, 염색 후가공을 거쳐 인공피혁을 제조할 수 있다.
본 발명에서 염색을 위한 염료는 통상적으로 인공피혁을 제조할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
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]
1. 인터레이스 사의 제조
용출성분을 감량한 후에 도성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트의 최종섬도가 0.25 데니어가 되는 폴리에스테르 해도사와 단사 섬도가 2.5 데니어인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트(비수수축율 40%)를 미터당 70개의 교락수를 가지게 인터레이스하여 최종 섬도가 110 데니어인 인터레이스사를 제조하였다.
2. 환편물 제조
상기 인터레이스사를 이용하여 28 게이지의 인터록 환편물을 제조하고, 이렇게 제조된 환편물을 상압 감량기에서 2% 농도의 수산화나트륨(20g/L) 용액을 사용하여 95℃에서 20분간 처리하여 상기 해도사의 해성분이 용출되고 수축되어 겉보기 밀도가 0.4g/㎤인 환편물을 얻었다.
3. 인공피혁의 제조
상기 환편물을 탄성체로서 액상 실리콘 고무(SL-5060, 다우코닝, 2000mPa.s)에 침지하여 액상 실리콘 고무를 환편물에 함침시키고, 환편물 두께의 50%로 짜준 후, 환편물의 표면에 나이프(knife)를 진행방향과 35°각도로 밀착하여 추가로 표면의 액상 실리콘 고무를 제거하고, 건조기에서 145℃, 10분간의 조건으로 처리하여 최종적으로 실리콘 고무가 10 중량% 함침된 함침포를 제조하였다.
상기 함침포를 표면과 이면에서 연삭을 하여 기모를 형성하고, 하기의 염색 및 환원세정 조건으로 염색 및 환원세정하였다.
<염색조건>
1) 염료 비율
- 흑색 분산 염료(Dystar사 제품) 22.4 % o.w.f.
- 황색 분산 염료(Huntsman사 제품) 9.4 % o.w.f.
- 적색 분산 염료(Huntsman사 제품) 4.1 % o.w.f.
- 청색 분산 염료(Huntsman사 제품) 5.7 % o.w.f.
2) 균염제 : PEO Alkyl Amine Sulfate Type 화합물 배합품 2.5% o.w.f.
3) 욕중유연제(D-1500) : 3 g/L
4) 산 : 아세트산 1 g/L
5) 욕비(첨가물 중량:용매 중량) : 1:20
6) 염색온도 및 시간 : 120℃ 및 60분
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) : 1:20
4) 세정온도 및 시간 : 80℃ 및 20분
상기 조건의 세정을 완료한 후 인공피혁을 회수하고 열풍건조기 내에서 120℃에서 10분간 건조하여 흑색 컬러의 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 3. 인공피혁의 제조에서 환편물의 표면에 나이프(knife)를 진행방향과 80°각도로 밀착하여 추가로 표면의 액상 실리콘 고무를 제거하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서, 탄성체로서 액상 실리콘 고무 대신에 폴리우레탄을 사용하고, 환편물의 표면에 나이프(knife)를 밀착하여 추가로 표면의 실리콘 고무를 제거하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서, 탄성체로서 액상 실리콘 고무 대신에 폴리우레탄을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서, 환편물의 표면에 나이프(knife)를 밀착하여 추가로 표면의 실리콘 고무를 제거하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 인공피혁에 대하여 하기 평가방법에 따라 그 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1. 마찰견뢰도
마찰견뢰도에서 건마찰견뢰도는, ISO 105에서 규정하는 시험장비로 폭 25mm, 길이 220mm의 인공피혁 시험편을 세로방향에 평행으로 2매 취하여 마찰시험기의 시험대에 고정하고, 세로와 가로가 각각 50mm인 백면포로 마찰시험기의 마찰자를 덮어 고정한다.
마찰자에 4.9 N(500 gf)의 하중을 건 후 왕복속도 30회/분, 이행거리 100 mm로 시험편의 표면을 100회 왕복시킨 후 백면포를 벗겨 백면포의 오염 정도를 오염용 그레이 스케일로 판정한 등급을 구한다.
습마찰견뢰도는, 상기 건마찰견뢰도 측정방법에서 상기 백면포를 인공 땀액에 10분간 침지한 후 가볍게 짜서 마찰시험기의 마찰자를 덮어 고정하고 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 등급을 구한다.
2. Solvent wicking 평가
인공피혁 시료를 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 백포(白布)에 첩부(貼付)하여 톨루엔에 충분히 적신 후, CDP(cationic dyeable polyester) 섬유에 염색된 염료가 Solvent wicking 시험용 규격인 PET 백포(knitted textile)에 이염되는 정도를 그레이 스케일 방법에 의하여 분석하여 판정한 등급을 구한다.
3. 모우 공극률 평가방법
인공피혁 시료의 표면을 광학 현미경으로 촬영하여 모우 부분과 비모우 부분의 음영 차이를 관찰하고, 비모우 영역을 모우의 공극이라고 하여 그 비율을 백분률로 계산한다.
건마찰견뢰도
(견뢰도 등급, 급)		 습마찰견뢰도
(견뢰도 등급, 급)		 Solvent wicking
(급)		 모우 공극률
(%)
실시예 1 4~5 4~5 4 33.0
실시예 2 4~5 4~5 4~5 32.2
비교예 1 3~4 3 2~3 46.3
비교예 2 4 3~4 3 35.1
비교예 3 4~5 4 4 44.5
상기 표 1의 결과로부터, 실시예의 인공피혁이 비교예의 것과 비교하여 마찰견뢰도, Solvent wicking, 모우 공극률 특성에서 모두 우수한 것을 확인되어, 본 발명의 인공피혁은 견뢰도와 내이염성이 향상되는 것과 함께 모우 공극률이 감소하여 다양한 기모 특성을 발현하는 것이 가능해진다.

Claims (4)

  1. 폴리에스테르 해도사 또는 분할사, 및 고수축 폴리에스테르계 필라멘트를 합사하여 원사를 제조하는 단계;
    상기 원사로 환편 조직의 편성물을 제조하는 단계;
    상기 편성물을 70~95℃의 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 감량 및 수축을 시켜 고밀도 편성물을 얻는 단계;
    상기 고밀도 편성물에 액상 실리콘 고무를 함침시키고 건조하여 함침포를 얻는 단계;
    상기 함침포의 표면에서 상기 실리콘 고무을 제거하고 연삭을 하여 기모가 형성된 함침포를 얻는 단계; 및
    상기 기모가 형성된 함침포를 염색하는 단계;를 포함한 인공피혁의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 해도사 또는 분할사는 용출 혹은 분할에 의해 최종적으로 단사 섬도가 0.1~1.0 데니어이며, 상기 고수축 폴리에스테르 필라멘트는 단사섬도 1~4 데니어인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고밀도 편성물의 겉보기 밀도는 0.4~0.6 g/㎤인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
  4. 폴리에스테르 해도사 또는 분할사, 및 고수축 폴리에스테르 필라멘트를 합사한 원사로 이루어진 편성물에 액상 실리콘 고무가 함침되어 이루어지는 인공피혁에 있어서,
    건마찰견뢰도(ISO 105법, 마찰자에 4.9 N의 하중)가 4급 이상, 습마찰견뢰도(ISO 105법, 마찰자에 4.9 N의 하중)가 4급 이상인 것을 특징으로 하는 인공피혁.
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