KR20200053148A - 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법에 관한 것으로, 친환경적이고 인체에 무해함과 동시에 발수성을 극대화 시킬 수 있도록 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 함침용 발수 혼합액을 함침시키는 함침단계, 상기 함침용 발수 혼합액이 함침된 원단을 압착하여 수분 함수율을 40~80%로 조절하는 맹글단계, 상기 맹글단계를 거친 원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 코팅용 발수 혼합액을 코팅하는 은층 형성 단계, 상기 은층 형성단계를 거친 원단을 건조기를 통하여 90℃~110℃에서 2 내지 4분간 열풍 건조하는 건조단계 및 상기 건조단계를 거친 원단을 140℃~150℃에서 4분 내지 6분 동안 경화기에서 경화시키는 경화단계를 포함한다.

Description

비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법 {Production method of environment-friendly water-repellent synthetic leather using non-fluorine water repellent agent}

본 발명은 친환경 발수 합성 피혁 제조방법에 관한 것으로, 발수 혼합액을 기모원단에 함침 시킬 뿐만 아니라, 비불소 발수제를 코팅한 후 건조 및 경화시킴으로써 원단 내부의 위킹(wicking)발수성과 원단 표면의 스프레이(spary)발수성을 극대화시킬 수 있는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법에 관한 것이다.

스웨이드 합성피혁은 주로 기모가 형성된 폴리에스테르 원단 상에 DMF(Dimethylformamide)나 유기용제가 혼합된 유성 폴리우레탄 수지를 함침 시킨 후에 맹글로 압착하고, 이를 DMF 20 내지 30% 농도 수중에서 응고하고 다시 깨끗한 물로 수세하고, 외관이 천연 스웨이드 가죽과 유사하도록 표면 처리하는 버핑 공정, 프린팅 고정 등 추가적인 공정을 통하여 제조된다. 이러한 제조방법은 응고 공정과 수세 공정을 수행하여 제조되는 습식 스웨이드 합성피혁을 제조하는 과정이며, 이러한 스웨이드는 외관 및 촉감이 뛰어나기 때문에 의류용, 신발용, 장갑용 등에 널리 이용되고 있다.

이러한 스웨이드 제작에 관련된 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2005-0123505호, 제10-2003-0006737호, 제10-2005-0123505호 등이 있다.

하지만, 이와 같은 방법으로 스웨이드를 제조할 경우, 공정이 복잡하며, 응고 공정과 수세 공정에서 추출되는 DMF에 의한 수질 오염의 문제가 있고, 근로자의 안전 문제 및 완제품에 잔존하는 DMF가 문제가 되고 있다.

또한, 발수 스웨이드를 제조하고자 하는 경우, 스웨이드 제조 시, 폴리우레탄 수지에 비불소계 발수제를 첨가한 후, 이를 원단에 함침하여 사용하고 있어 환경오염 및 인체에 유해하다는 문제점이 있다.

또한, 스웨이드 원단의 경우 표면에 공극이 다수 형성되어 있으며, 표면이 균일하지 않아 발수 처리액을 함침 및 코팅하여도 발수액이 원단 내부까지 고르게 코팅되기 어려워 표면에 균일한 발수층을 형성할 수 없어 우수한 발수성을 나타낼 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 친환경적이고 인체에 무해한 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법을 제시하는 데 그 목적이 있다.

또한, 트리코트 기모 원단 내부 및 표면에 비불소 발수제가 균일한 발수층을 형성하여 우수한 발수 성능을 나타낼 수 있는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법을 제시하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법은 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 함침용 발수 혼합액을 함침시키는 함침단계, 상기 함침용 발수 혼합액이 함침된 원단을 압착하여 수분 함수율을 40~80%로 조절하는 맹글단계, 상기 맹글단계를 거친 원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 코팅용 발수 혼합액을 코팅하는 은층 형성 단계, 상기 은층 형성단계를 거친 원단을 건조기를 통하여 90℃~110℃에서 2 내지 4분간 열풍 건조하는 건조단계 및 상기 건조단계를 거친 원단을 140℃~150℃에서 4분 내지 6분 동안 경화기에서 경화시키는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 함침용 발수 혼합액은 물 100중량부에 대하여 상기 수분산 폴리우레탄 5 내지 15 중량부, 상기 비불소 발수제 3 내지 10 중량부, 수분산 가교제 0.3 내지 1 중량부, 수분산 경화제 0.3 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 코팅용 발수 혼합액은 물 100중량부에 대하여 상기 수분산 폴리우레탄 15 내지 30 중량부, 상기 비불소 발수제 6 내지 20 중량부, 수분산 가교제 0.6 내지 2 중량부, 수분산 경화제 0.6 내지 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 코팅용 발수 혼합액의 점도는 상기 함침용 발수 혼합액의 점도 보다 높은 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법은 수분산 폴리우레탄, 비불소 발수제, 수분산 가교제, 수분산 경화제를 활용하여 발수액을 제조하므로 친환경적이고 인체에 무해한 합성 피혁을 제조할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 트리코트 기모원단에 비불소 발수 혼합액을 함침 및 코팅시키므로 내부(wicking) 발수성 및 표면(spray) 발수성이 모두 우수한 친환경 발수 합성 피혁을 제조할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 비불소 발수액이 코팅된 원단을 적절한 온도에서 경화시켜 비불소 발수제가 균일한 발수층을 형성하도록 하고 있으므로 발수성이 극대화된 발수 합성 피혁을 제조할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법의 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법의 개념도.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁의 단면.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법의 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법은 함침 단계, 맹글 단계, 은층 형성 단계, 건조단계, 경화단계를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법의 개념도이다.

도 2를 참고하여 본 발명에 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법을 설명하면, 먼저 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 함침용 발수 혼합액을 함침 시키는 함침단계(S100)가 수행된다. 폴리에스테르 트리코트 기모원단은 본 발명의 합성피혁의 기재가 되는 원단이다. 이때, 1차 함침 배스(10)에는 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 저장되어 있는데, 이때, 함침용 발수 혼합액은 물 100중량부에 대하여, 수분산 폴리우레탄 5 내지 15 중량부, 비불소 발수제 3 내지 10 중량부, 수분산 가교제 0.3 내지 1 중량부, 수분산 경화제 0.3 내지 1 중량부를 포함한다. 이때 수분산 가교제 및 수분산 경화제는 모두 우레탄계 가교제 및 우레탄계 경화제를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 수분산 폴리우레탄은 폴리카보네이트디올 5 내지 15중량부, 폴리테트라메딜 에테르 글리콜 10 내지 25 중량부, 반응성 실리콘 2 내지 10 중량부, 폴리에테르 아민 1 내지 6 중량부, 테트라메틸자일렌 디이소시아내네이트(TMXDI) 7 내지 20 중량부, 불포화 지방족 이소시아네이트 0.1 내지 2 중량부, 무기염계 겔화제 3 내지 8 중량부를 포함한다. 이와 같은 수분산 폴리우레탄의 조성은 트리코트 기모 원단 제조 시, 트리코트 기모면의 촉감을 보다 더 부드럽게 제조할 수 있는 수분산 폴리우레탄의 조성이다.

또한, 이때 사용되는 비불소계 발수제는 아크릴레이트계 또는 우레아 계이며, 계면활성제가 첨가되어 있다. 계면활성제는 비불소계 발수제의 표면장력을 낮추어 발수제가 합성피혁 원단 내부로 더 용이하게 침투되도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 조성의 함침용 발수 혼합액은 원단 내부로 함침되어 원단의 내부(wicking) 발수성을 높이게 된다.

또한, 이와 같이 수분산 폴리우레탄을 비불소 발수제와 혼합하여 혼합액을 형성한 후 함께 원단에 함침되도록 하고 있으므로 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제를 각각 함침하여 코팅하는 것 보다, 제조 공정이 간단하며 제조 비용이 절감될 수 있다.

다음으로 함침용 발수 혼합액이 함침된 원단을 맹글(20)로 압착하는 맹글단계(S300)가 수행된다. 맹글단계(S300)에서는 함침용 발수 혼합액이 함침된 원단의 수분 함수율을 40~80%로 조절한다. 이때, 맹글에 가해지는 압력은 원단의 후도에 따라 달리될 수 있다.

다음으로 맹글링된 원단의 표면을 코팅기(30)를 통해 코팅용 발수 혼합액으로 코팅하여 은층을 형성하는 은층 형성 단계(S500)가 수행된다. 이때, 코팅용 발수 혼합액은 물 100 중량부에 대하여, 수분산 폴리우레탄 15~30 중량부, 비불소 발수제 6 내지 20 중량부, 수분산 가교제 0.6 내지 2 중량부, 수분산 경화제 0.6 내지 2 중량부를 포함한다. 또한, 코팅용 발수 혼합액은 원단 표면을 코팅하여 원단 표면을 발수처리 하기 위한 것으로, 함침용 발수 혼합액보다 점도가 높은 것이 바람직하다. 이와 같이 발수용 혼합액을 원단에 함침 및 코팅시킴으로써 원단 내부 발수성 및 표면 발수성을 모두 우수하게 구현할 수 있게 된다.

그 후, 코팅용 발수 혼합액이 코팅된 원단을 건조기(40)를 통하여 90℃~110℃에서 2 내지 4분간 건조하는 건조단계(S700)가 수행된다. 이때, 건조단계(S700)는 은층의 평활도 향상과 균열 방지를 위해 열풍건조하며, 100℃ 이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

마지막으로 건조된 원단을 140℃~150℃에서 4분 내지 6분 동안 경화기(50)에서 경화시키는 경화단계(S900)가 수행된다. 이는 발수제가 원단 내부까지 침투하여 균일한 발수피막을 형성할 수 있도록 하는 단계로, 경화 온도가 140℃ 미만이면, 경화가 제대로 수행되지 않아 표면 발수성이 저하되며, 경화 온도가 150℃를 초과하는 경우 은층에 균열이 발생하여 표면 발수성이 저하될 우려가 있으므로 경화 온도는 140℃~150℃가 바람직하다. 이와 관련해서는 하기한 실험예 1 및 2에서 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁의 단면도 이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 140℃~150℃ 온도에서 경화를 수행하는 경우 은층에 균열이 없으며, 은층이 균일한 두께로 형성되는 것을 확인할 수 있다.

수분산 비불소계 발수제의 조성비에 따른 발수성 실험 및 건조 단계와 경화 단계 유무에 따른 발수성 테스트 및 은층의 형성 결과는 아래와 같다.

<실험예 1>

본 실험예 1에서는 비불소 발수제의 조성비 및 경화단계의 유무에 따른 합성피혁의 내부 및 외부 발수성을 실험하였다.

본 실험예 1에서는 물 100 중량부, 수분산 폴리우레탄 10 중량부, 비불소 발수제 3 중량부, 수분산 가교제 0.3 중량부, 수분산 경화제 0.3 중량부가 혼합된 함침용 발수 혼합액을 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 함침시킨 후 수분 함수율이 60%가 되도록 원단을 압착하고, 100℃에서 8분간 건조 단계만 수행한 원단(실시예 1)과, 물 100 중량부, 수분산 폴리우레탄 10 중량부, 비불소 발수제 5 중량부, 수분산 가교제 0.3 중량부, 수분산 경화제 0.3 중량부가 혼합된 함침용 발수 혼합액을 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 함침시킨 후 수분 함수율이 60%가 되도록 원단을 압착하고 100℃에서 3분간 건조 후 140℃에서 5분간 경화시킨 원단(실시예 2)를 제조하였다.

그 후, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 원단의 일단을 색소가 첨가된 액체에 담근 후 액체가 원단을 타고 올라가는 정도로 원단의 내부 발수성을 실험하였으며, 원단의 표면에 색소가 있는 액체를 떨어트려 원단 표면의 발수성을 실험하였고 그 결과는 하기한 표 1과 같았다.

번 호	실시예 1	실시예 2
비불소 발수제	3 중량부	5 중량부
건조 공정	100℃ / 8분	100℃ / 3분
경화 공정	미수행	140℃ / 5분
실험 결과

상기 표 1에 도시된 바와 같이, 비불소 발수제를 5 중량부 만큼 첨가한 후, 경화단계를 수행한 실시예 2에 따른 원단이 액체가 원단을 타고 올라오는 정도도 낮았으며, 원단 표면의 물방울이 원단에 흡수되지 않는 것을 알 수 있었다.

즉, 비불소 발수제를 5 중량부 만큼 첨가한 후, 100℃에서 3분간 건조, 140℃에서 5분간 경화시키는 것이 원단의 내부 발수성 및 외부발수성을 모두 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

<실험예 2>

본 실험예 2에서는 경화 유무에 따른 은층의 표면 균열정도를 실험하였다. 은층이 코팅된 원단을 140℃에서 8분간 건조하여 제조한 원단(실시예 3)과, 은층이 코팅된 원단을 100℃에서 3분간 건조한 후 140℃에서 5분간 경화시킨 원단(실시예 4)를 제조하였다.

이때, 코팅된 은층의 두께는 80㎛-100㎛ 두께로 형성되도록 하였으며, 현미경을 활용해 표면의 균열 상태를 확인 하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

번 호	실시예 1	실시예 2
건조 공정	140℃ / 8분	100℃ / 3분
경화 공정	미수행	140℃ / 5분
실험 결과

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 140℃에서 5분간 경화시킨 실시예 2에 따른 원단의 은층이 균열이 없고 고르게 코팅되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 실험예 1과 같이 100℃에서 3분간 건조, 140℃에서 5분간 경화시키는 것이 원단의 내부 및 표며 발수성뿐만 아니라, 은층의 표면을 균일하게 코팅시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10: 함침 배스
20: 맹글
30: 코팅기
40: 건조기
50: 경화기

Claims (4)

1. 폴리에스테르 트리코트 기모원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 함침용 발수 혼합액을 함침시키는 함침단계;
   상기 함침용 발수 혼합액이 함침된 원단을 압착하여 수분 함수율을 40~80%로 조절하는 맹글단계;
   상기 맹글단계를 거친 원단에 수분산 폴리우레탄 및 비불소 발수제가 포함된 코팅용 발수 혼합액을 코팅하는 은층 형성 단계;
   상기 은층 형성단계를 거친 원단을 건조기를 통하여 90℃~110℃에서 2 내지 4분간 열풍 건조하는 건조단계; 및
   상기 건조단계를 거친 원단을 140℃~150℃에서 4분 내지 6분 동안 경화기에서 경화시키는 경화단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 함침용 발수 혼합액은 물 100중량부에 대하여
   상기 수분산 폴리우레탄 5 내지 15 중량부, 상기 비불소 발수제 3 내지 10 중량부, 수분산 가교제 0.3 내지 1 중량부, 수분산 경화제 0.3 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 코팅용 발수 혼합액은 물 100중량부에 대하여
   상기 수분산 폴리우레탄 15 내지 30 중량부, 상기 비불소 발수제 6 내지 20 중량부, 수분산 가교제 0.6 내지 2 중량부, 수분산 경화제 0.6 내지 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법.
   
4. 제 2항 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코팅용 발수 혼합액의 점도는 상기 함침용 발수 혼합액의 점도 보다 높은 것을 특징으로 하는 비불소 발수제를 이용한 친환경 발수 합성 피혁 제조방법

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