KR20200114339A - 인공피혁의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유연제를 첨가하여 외관 특성과 신축성이 향상되는 인공피혁의 제조방법에 관한 것으로, 밀도가 증가된 극세섬유 부직포에 폴리우레탄을 함침시키기 전에 폴리비닐알코올(PVA)과 함께 유연제 처리를 함으로써, 해성분 용출 후 도성분만으로 이루어진 극세섬유에 유연 성분의 막을 형성하는 것에 의해 유연제의 탈리가 방지되어 내구성이 향상되며, 인공피혁에서 유연성, 기모 특성, 촉감, 폴리우레탄 비침성, 신축성 등이 향상되므로 고급스러운 외관의 인공피혁을 제공하는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은 유연제를 첨가하여 외관 특성과 신축성이 향상되는 인공피혁의 제조방법에 관한 것이다.
인공피혁은 극세섬유가 3차원적으로 교락되어 형성된 부직포에 고분자 탄성체가 함침되어 이루어진 것으로서, 천연 피혁과 유사한 부드러운 질감 및 독특한 외관을 보유하여, 신발, 의류, 장갑, 잡화, 가구, 및 자동차 내장재 등과 같은 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
인공피혁의 일반적인 제조방법은, 해도형 극세사를 니들펀칭 등의 부직포 제조공정을 통하여 부직포를 형성하고, 고분자 탄성체를 부여한 후, 해성분을 적절한 용매를 이용하여 용출함으로써 극세화를 한 후, 부직포 표면에 기모를 형성하고, 원하는 색상으로 염색하고, 기능성을 부여하기 위한 목적으로 후가공을 하는 것이다.
이러한 제조방법은, 해도형 섬유로 이루어진 부직포가 고분자 탄성체에 의해 미리 고정되어 이루어지는 강직한 구조에 의해 신축성이 저하될 뿐만 아니라, 인공피혁에서 도성분 섬유의 밀도를 증가시키는 데에 한계가 있으므로, 고급스러운 외관 및 감촉 발현이 어렵다.
이에 따라 스웨이드조 인공피혁의 유연성 및 신축성을 개선하고 외관 품질의 향상을 위해 인공피혁에서 내부 구조의 고밀도화 기술의 개발 및 응용이 활발히 이루어지고 있다.
특히 초극세 섬유의 밀도 향상을 위해 고분자 탄성체인 폴리우레탄의 부직포 함침 전에 해성분을 용출함으로써 섬유밀도를 극대화하고, 폴리비닐알코올(PVA) 등과 같은 수용성의 처리제로 처리함으로써 폴리우레탄과 도성분 섬유와의 직접적인 접착을 제어하는 기술이 개발되어 왔으나, 상기의 문제를 모두 해결할 수는 없었다.
따라서 신축성 및 유연성 향상을 위해 부가적으로 유연화 가공이나 텀블링과 같은 후가공을 실시할 수 있으나, 이는 추가적인 가공공정을 거쳐야 하는 단점이 있고, 이미 폴리우레탄에 의해 형태가 고정되어 있으므로 후가공에 의한 효과는 크지 않다.
일반적으로 유연화 가공은 폴리우레탄 함침 및 버핑 이후의 후가공 단계에서 유연제를 욕중 내지 패드-드라이 방법으로 처리하게 되는데, 이는 최종 제품의 촉감 개선에 효과가 있을 뿐, 섬유 구조에 대한 근본적인 외관 개선 및 구조적 개선은 불가능하다. 또한, 부직포에 폴리우레탄이 존재하는 상태에서 유연제를 처리하게 됨에 따라 유연제가 섬유에 균일하게 처리되는 것이 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은, 고밀도의 부직포를 이용하여도 유연성과 부드러운 촉감 등 외관 품질과 신축성이 향상되는 인공피혁의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 해성분이 용출가능한 해도형 복합사의 단섬유로 부직포를 제조하는 단계; 상기 부직포를 수축시키는 단계; 상기 부직포에서 상기 해도형 복합사의 해성분을 용출하여 극세섬유를 형성하는 단계; 상기 부직포를 초음파 처리하는 단계; 상기 부직포에 폴리비닐알코올 및 유연제를 포함한 전처리 수용액을 패딩하는 단계; 상기 부직포에 폴리우레탄을 함침시켜 폴리우레탄 함침 부직포를 얻는 단계; 상기 부직포에서 상기 폴리비닐알코올을 제거하는 단계; 상기 부직포의 표면에서 버핑을 하여 기모를 형성하는 단계; 및 상기 부직포를 원하는 색상으로 염색하는 단계;를 포함한 인공피혁의 제조방법을 제공한다.
인공피혁의 제조 과정에서 밀도가 증가된 극세섬유 부직포에 폴리우레탄을 함침시키기 전에 폴리비닐알코올(PVA)과 함께 유연제 처리를 함으로써, 해성분 용출 후 도성분만으로 이루어진 극세섬유에 유연 성분의 막을 형성하는 것에 의해 유연제의 탈리가 방지되어 내구성이 향상되며, 인공피혁에서 유연성, 기모 특성, 촉감, 폴리우레탄 비침성, 신축성 등이 향상되므로 고급스러운 외관의 인공피혁을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 유연화 처리를 위한 별도의 후공정이 생략되므로, 공정 단축에 의한 생산성의 향상이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따라 인공피혁에서 폴리우레탄 비침의 평가를 위한 인공피혁 표면의 사진이다.
본 발명은, 해성분이 용출가능한 해도형 복합사의 단섬유로 이루어진 부직포를 수축시키고, 상기 해도형 복합사의 해성분을 용출하고, 상기 부직포에 초음파 처리를 하고, 상기 부직포에 폴리비닐알코올(PVA) 및 유연제 포함한 전처리 수용액으로 패딩 처리를 하고, 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침시키고, 상기 부직포에서 상기 폴리비닐알코올을 제거하고, 상기 부직포에 기모를 형성하고, 상기 부직포를 염색하여 인공피혁을 제조하는 것이다.
이때, 상기 유연제는 통상의 섬유유연제를 사용할 수 있는데, 실리콘계, 파라핀계 등과 같은 섬유유연제를 사용할 수 있다.
실리콘계 유연제로서 하기 화학식 1에 나타낸 바와 같은 폴리실록산을 포함한 실리콘계 유연제 또는 하기 화학식 2에 나타낸 바와 같은 아미노 변성 폴리실록산을 포함한 아미노 변성 실리콘계 유연제를 사용할 수 있다.
이때 상기 섬유유연제는 수용성 내지 수계 분산형이면서, 폴리에스테르, 나일론 등과 같은 합성섬유에 친화력을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 해도형 복합사의 해성분을 용출한 이후 고분자 탄성체를 함침시키기 전에 초음파 처리된 부직포에 폴리비닐알코올(PVA) 및 유연제 포함한 전처리 수용액으로 패딩 처리를 함으로써, 유연제가 극세섬유의 표면에 흡착되어 균일한 피막을 형성하는 것에 의해, 극세섬유 표면의 마찰 계수를 감소시켜 인공피혁의 유연성을 향상할 수 있다.
이때 아미노 변성 실리콘계 유연제는 측쇄에 존재하는 양이온성의 아미노 그룹 간 반발 탄성에 의해 인공피혁의 유연성이 좀 더 증가할 수 있다.
이하 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다.
상기 해도형 복합사의 단섬유는, 도성분으로 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 해성분으로 알칼리 가용성의 개질 폴리에스테르로 구성되는, 도성분과 해성분을 용융 복합방사하여 연신, 크림핑 및 열고정을 하고 적당한 길이로 컷팅을 하여 제조할 수 있다.
상기 해도형 복합사는 용출에 의해 해성분이 제거되고 도성분에 의해 극세섬유가 되는데, 이 극세섬도의 섬도는 0.01 ~ 0.5 데니어인 것이 바람직하다.
상기 부직포는, 상기 해도형 복합사의 단섬유를 통상의 니들펀칭 제조 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
이렇게 제조된 부직포를 열수(열탕), 스팀 또는 건열에 의해 수축율이 10~15%가 되도록 수축시키면 부직포의 겉보기 밀도가 향상되어 부직포의 섬유 조직이 초기보다 공간이 감소하여 밀도가 증가한 좀 더 치밀한 상태로 되므로 섬유 분포의 균일성이 향상될 수 있다.
이후 상기 수축에 의해 수축된 부직포를 8~12 중량%의 가성소다 수용액으로 처리하여 해성분인 알칼리 가용성 폴리에스테르를 용출시키는 용출공정을 거쳐 0.01~0.5 데니어의 극세섬유 부직포를 제조할 수 있다.
기존에는 고분자 탄성체를 부직포에 함침시킨 후에 해성분의 용출을 하였으나, 이 경우에 해성분의 용출로 새로운 공간이 생기면서 그 결과로 고분자 탄성체의 분포가 불균일해지게 되는데, 본 발명에서는 해성분의 용출을 먼저 함으로써 나중에 함침되는 고분자 탄성체가 부직포의 공간을 채우면서 균일하게 함침되도록 하는 것이 가능해진다.
본 발명에서는 용출이 이루어진 부직포(용출포)에 초음파 처리를 할 수 있다.
초음파 처리는, 용출포의 이탈이 없이 용이하게 이동 가능한 연속 컨베이어 구조를 가지는 장치에서 250~400W의 출력 및 10~50% 펄스 조건에서 10~30kHz로 1~20분간 처리하는 것이 바람직하다.
용출이 이루어진 부직포에 구조적 안정성 향상과, 고분자 탄성체와 도성분에 의한 극세섬유 사이의 접착성을 조절하기 위해, 부직포를 폴리비닐알코올로 처리하는 경우에, 폴리비닐알코올이 극세섬유를 뭉치게 하거나 극세섬유의 유동성을 현저히 저하시켜 극세섬유의 분섬화를 방해하여 인공피혁이 벌키(bulky)한 느낌을 나타내지 못하고 기모의 분포가 균일해지지 않고 신축성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 초음파 처리에 의해, 해도형 복합사에서 해성분이 제거되어 도성분에 의한 극세섬유가 해성분이 위치한 영역으로 분섬화가 된 상태에서, 폴리비닐알코올(PVA) 및 유연제 포함한 전처리 수용액으로 패딩 처리를 함으로써, 인공피혁이 벌키한 느낌을 갖도록 할 수 있다.
또한, 극세섬유의 분섬화로 유연제와 폴리비닐알코올이 극세섬유에 전체에 고른 피막을 형성할 수 있고, 고밀도의 섬유 조직에 단면 벌키성이 더해져 고탄력성을 가지게 될 뿐만 아니라 고르게 분섬된 극세섬유에 유연 성분의 피막을 형성하는 것에 의해 딱딱하지 않고 부드럽고 유연한 고급스러운 외관을 균일하게 나타낼 수 있다.
이후에 상기 부직포를 폴리비닐알코올 및 유연제를 포함한 전처리 수용액에 침지하여 패딩 처리를 할 수 있다.
상기 패딩 처리는 부직포를 상기 전처리 수용액에 침지하고 꺼내어 맹글을 통과시켜 짜내고 가열 건조하여 이루어질 수 있다.
이때 폴리비닐알코올이 극세화된 섬유의 표면에 부착되어 섬유를 뻣뻣하게 만들어 부직포의 골격이 무너지지 않고 유지되는 형태 안정성을 갖게 하므로, 고분자 탄성체가 부직포 섬유 조직의 공간에 용이하고 균일하게 침투할 수 있다.
또한, 폴리비닐알코올의 처리에 의해, 부직포의 형태 안정화 이외에도 고분자 탄성체가 섬유와 과도하게 접착되어 촉감이 딱딱해지고 섬유에 불균일 염색이 발생하는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.
사용되는 폴리비닐알코올은 수용성으로 검화도 80~90%의 폴리비닐알코올 3~20 중량% 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 유연제는 상기 전처리 수용액에서 0.1 ~ 10 중량%의 함량인 것이 바람직한데, 0.1 중량% 미만이면 유연성과 외관특성 향상의 효과가 미미하며, 10 중량%를 초과하면 유연 성분의 표면 응집불량이 발생하고 경제적으로 바람직하지 못하다.
상기 전처리 수용액의 패딩량이 10 중량% 미만이면 폴리비닐알코올이 적어 형태안정성이 저하되어 섬유의 밀도 편차가 발생할 수 있고, 30 중량%를 초과하면 폴리비닐알코올이 고분자 탄성체의 함침을 방해하고 함침량의 증대를 억제하며, 부직포에서 오히려 섬유구성의 균일성을 저하시켜 고분자 탄성체의 함침이 불균일해지게 할 수 있다.
상기 초음파 처리 이후에 상기 전처리 수용액을 사용할 경우에 유연제는 수용성의 것을 사용할 수 있다.
유연제는 열에 의해 유연 성분 사이에 가교결합이 일어나는데, 폴리에스테르, 나일론 등과 같은 합성섬유에 친화력이 있는 성분에 의해 섬유 표면에서 가교 결합된 피막형태로 존재하므로, 이어지는 제조공정 과정 및 인공피혁에서 유연제 내구성이 향상될 수 있다.
이후, 고분자 탄성체 함침을 수행하게 된다.
상기 고분자 탄성체는 폴리우레탄이 일반적으로 사용된다. 함침은 폴리우레탄 탄성체가 갖는 특유의 유연한 탄성, 치밀감 등에 의해 천연의 피혁에서와 같은 촉감을 인공피혁에 부여하기 위해 수행된다.
이렇게 하여 최종적으로 인공피혁에서 탄성체의 함량은 15 ~ 35 중량%가 되도록 하는 것이 바람직한데, 탄성체의 함량이 15 중량% 미만이면 섬유의 느낌(paper like)이 강해지고, 35 중량%를 초과하면 딱딱해져 바람직하지 못하다.
이후 상기 부직포를 50~99℃의 물로 열수세를 하여 상기 폴리비닐알코올을 제거할 수 있다.
이때 열수세액은 1~3 중량%의 계면활성제와 0.1~0.5 g/L의 아세트산을 포함하는 것이 폴리비닐알코올의 제거를 좀 더 용이하게 할 수 있어 바람직하다.
폴리비닐알코올을 제거하지 못할 경우 최종적으로 인공피혁에서 딱딱한 질감이 나타나 감성품질을 저하시킬 수 있다.
이후 상기 부직포의 표면에서 버핑을 하여 기모를 형성하고, 원하는 색상으로 통상의 방법을 사용하여 염색할 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 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
[실시예 1]
알칼리 가용성 폴리에스테르를 해성분으로 하고 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 도성분으로 하는 해도형 복합사(섬유 길이 51mm)가 자율교락된 부직포를 제조하였다.
상기 부직포를 100℃의 물로 열수 수축을 하여 수축율 12%의 수축포를 제조하였다.
상기 수축포를 10 중량%의 가성소다 수용액으로 처리하여 해성분인 알칼리 가용성 폴리에스테르를 용출시키는 용출공정을 거쳐 평균 섬도가 0.3 데니어인 극세섬유 부직포를 제조하였다.
이후에 상기 부직포에 20kHz의 초음파를 3분간 가하는 처리를 하였다.
이후에 상기 극세섬유 부직포를 검화도 80%의 폴리비닐알코올 5 중량% 및 실리콘계 유연제 0.5 중량%의 전처리 수용액에 침지하고 꺼내어 맹글을 이용하여 짜내고 실린더 드라이어에서 건조시켜 전처리 수용액의 고형분이 20 중량% 패딩 되도록 하였다.
이후 상기 부직포를 디메틸포름아마이드(DMF) 용매에 폴리우레탄을 용해하여 얻은 15 중량% 농도 및 25℃의 폴리우레탄 고분자 탄성체 용액에 침지하고, 25 중량% 농도의 디메틸포름아마이드 수용액을 이용하여 폴리우레탄을 응고시키고, 이어서 물로 수세하였다.
이어 1 중량%의 계면활성제와 0.2 중량%의 아세트산이 포함된 85℃의 열수에서 30분간 처리하여 상기 폴리비닐알코올이 제거되고 폴리우레탄이 20 중량% 함침된 부직포를 얻었다.
이후 130℃로 가열된 롤을 이용하여 상기 폴리우레탄이 함침된 부직포를 열 캘린더링을 하고, 조도 #150번 사포를 이용하여 상기 폴리우레탄이 함침된 부직포의 표면을 버핑을 하여 기모를 형성한 후, 분산염료를 이용하여 고압 래피드 염색기에서 염색한 후 세정하여 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 2 ~ 5]
상기 실시예 1에서 상기 유연제의 함량을 하기의 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1 ~ 4]
상기 실시예 1에서 상기 초음파 처리와 유연제의 함량을 하기의 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 인공피혁에 대해 하기의 평가방법을 이용하여 평가하고, 평가된 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
<평가방법>
1. 기모 상태
기모의 매끈함을 마찰력 측정을 통해 평가한다.
표면 시험기(모델명 KES SE-SR Surface tester, KATO Tech.Co.Ltd., 일본)를 사용하여 마찰계수(MIU ㎛)를 이용하여 측정한다.
마찰계수가 낮을수록 매끈해진다.
2. 촉감(Touch)
인공피혁의 유연성과 표면의 부드러움을 관능검사로 평가한다.
3. 폴리우레탄(PU) 비침성
인공피혁 표면의 폴리우레탄 노출 정도를 관능검사로 평가한다.
관능검사는 부직포를 구성하는 폴리에스테르 섬유와 탄성체인 폴리우레탄의 이색성을 육안으로 판정한다.
폴리우레탄의 비침이 많은 것과 적은 것의 예를 첨부 도 1에 나타내었다.
기모가 길고 풍부할수록 폴리우레탄(PU) 비침이 감소한다.
상기 관능검사는 전문가 5인으로 평가단을 구성하고, 각 전문가는 상기 항목에서 1점 단위로 평가하여 0 ~ 5점(5점: 최우수)을 부여하고, 5인의 전문가들의 점수를 합산하여 총점을 구한다.
이어서 아래의 기준에 의해 평가한다.
0 ~ 5점 : 매우 나쁨 ×
6 ~ 10점 : 나쁨 △
11 ~ 15점 : 보통 ○
16 ~ 20점 : 우수 ◎
21 ~ 25점 : 매우 우수 ☆
4. 신축성
폭 50mm, 길이 250mm의 인공피혁 시험편의 중앙부에 거리 100mm의 표시선을 긋는다. 클램프 간격 150mm로 한 말텐스 피로시험기에 준비된 시험편을 장착하고 하부 클램프에 5kg의 하중을 가한다. 10분간 하중을 가한 뒤, 하중을 유지한 상태에서 표시선 간 거리를 측정한다. (정하중신율)
클램프에서 시험편을 탈착하여 편평한 곳에 10분간 방치한 후, 시험편 표시선 간 거리를 측정한다. (잔류줄음율)
정하중신율 및 잔류줄음율은 하기 식에 의해 산출한다.
정하중신율(%) = L1 - 100 (L1: 하중을 10분간 가하고 유지한 상태에서 표시선 간의 길이)
잔류줄음율(%) = L2 - 100 (L2 : 하중을 10분간 가하고 제거하여 10분간 방치한 후 표시선 간의 길이)
구분 | 초음파 처리 | PVA 및 유연제 전처리 수용액 | 부직포에 전처리 수용액 패딩량 (중량%) |
|
PVA함량 (중량%) |
유연제 함량 (중량%) |
|||
실시예 1 | 실시 | 5 | 0.5 | 20 |
실시예 2 | 실시 | 5 | 5 | 20 |
실시예 3 | 실시 | 5 | 9 | 20 |
실시예 4 | 실시 | 5 | 5* | 20 |
실시예 5 | 실시 | 5 | 9* | 20 |
비교예 1 | 실시 않함 | 5 | 0 | 20 |
비교예 2 | 실시 않함 | 5 | 0.5 | 20 |
비교예 3 | 실시 | 5 | 0 | 20 |
비교예 4 | 실시 | 5 | 11 | 20 |
*실시예 4와 5의 유연제는 아미노 변성 실리콘계 유연제를 사용 |
기모 상태 (MIU, ㎛) |
촉감 | PU 비침성 | 정하중신율(%) | 잔류줄음율(%) | |
실시예 1 | 0.293 | ☆ | ◎ | 14.7 | 4.7 |
실시예 2 | 0.276 | ☆ | ☆ | 19.8 | 3.1 |
실시예 3 | 0.281 | ☆ | ☆ | 27.2 | 3.6 |
실시예 4 | 0.272 | ☆ | ☆ | 21.9 | 3.7 |
실시예 5 | 0.279 | ☆ | ☆ | 31.8 | 4.2 |
비교예 1 | 0.312 | ○ | △ | 14.0 | 5.1 |
비교예 2 | 0.298 | ◎ | ○ | 14.4 | 4.8 |
비교예 3 | 0.309 | ○ | △ | 14.1 | 5.0 |
비교예 4 | 0.297 | ○ | ○ | 31.9 | 3.5 |
상기 표 2에서 본 발명에 따른 실시예의 인공피혁이 비교예의 것과 비교하여, 외관적 특성인 기모 상태, 촉감, 폴리우레탄(PU) 비침성과 물성인 정하중 신율, 잔류 줄음율이 모두 우수한 것으로 나타났다.
이는 본 발명에 의해 표면에 유연제가 강하게 결합피막을 형성한 극세섬유에 의해 유연성이 증가하므로 기모가 용이하게 이루어지고 외관적으로 유연하면서 부드러운 촉감을 나타내고 마찰계수의 감소에 의해 신축성이 향상되는 것을 확인해준다.
Claims (5)
- 해성분이 용출가능한 해도형 복합사의 단섬유로 부직포를 제조하는 단계;
상기 부직포를 수축시키는 단계;
상기 부직포에서 상기 해도형 복합사의 해성분을 용출하여 극세섬유를 형성하는 단계;
상기 부직포를 초음파 처리하는 단계;
상기 부직포에 폴리비닐알코올 및 유연제를 포함한 전처리 수용액을 패딩하는 단계;
상기 부직포에 폴리우레탄을 함침시켜 폴리우레탄 함침 부직포를 얻는 단계;
상기 부직포에서 상기 폴리비닐알코올을 제거하는 단계;
상기 부직포의 표면에서 버핑을 하여 기모를 형성하는 단계; 및
상기 부직포를 원하는 색상으로 염색하는 단계;를
포함한 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 극세섬유는 섬도가 0.01 ~ 0.5 데니어인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 초음파 처리는 10~30kHz의 초음파를 1~20분간 가하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 전처리 수용액을 패딩하는 단계에서,
상기 전처리 수용액은 상기 폴리비닐알코올이 3~20 중량%이고, 상기 유연제가 0.1 ~ 10 중량%이며,
패딩량은 고형분 기준으로 10~30 중량%인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 유연제는 실리콘계 유연제인 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법.
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