KR20200114340A - 인공피혁의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수계 폴리우레탄을 함침시키는 공정을 포함한 인공피혁의 제조방법에 관한 것으로, 부직포에 수계 폴리우레탄을 침지하고 스티머(steamer)로 예비 건조를 할 때에, 부직포를 수직 방향으로 이송하고 저장력 상태의 수평 방향으로 이송하는 것에 의해, 부직포에서 폴리우레탄의 마이그레이션을 억제하여 형태안정성, 촉감 및 터치감이 향상된 인공피혁의 제조가 가능해진다.
Description
본 발명은 수계 폴리우레탄을 함침시키는 공정을 포함한 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 인공피혁의 제조에 있어, 다양한 제조 공정 기술들이 개발되어 오고 있는데, 최근 세계적 친환경 추세에 따라 고분자 탄성체를 부여할 때에 유기 용제를 사용하지 않는 수계 폴리우레탄(수분산 폴리우레탄, PolyUrethane Dispersion, PUD)의 적용이 활발해지고 있다.
그런데 수계 폴리우레탄을 사용하여 인공피혁을 제조할 경우에, 폴리우레탄 고형분이 부직포에 함침된 후 고온으로 건조할 때에 용매인 물이 건조되면서 이동하여 섬유층 표면으로 동반 이행되는 현상, 즉 마이그레이션(Migration) 현상이 발생한다. 이에 따라 섬유층 내부에는 폴리우레탄 조성물이 거의 없는 공동화 현상과 대부분의 폴리우레탄 조성물이 섬유 표면층으로 편재되는 현상이 발생한다. 이로 인해 최종 인공피혁 제품이 딱딱한 촉감을 가지고 접히는 과정에서 주름이 뚜렷하게 발생하는 문제점이 있다.
이를 극복하기 위해 특정온도에 감응하여 수계 폴리우레탄의 친수기를 소수성기로 전환하는 감열응고제(또는 감열겔화제)를 사용하는 것에 의해 고온 분위기하에서 강제 응집시켜 마이그레이션을 방지하는 기술이 소개되고 있으나, 특정 온도에 도달하여 응집되기 전에 마이그레이션이 이미 일부에서 발생하므로 완벽한 효과를 기대하기는 어렵다.
또한, 수계 폴리우레탄 함침후 열풍 건조 방식이 아닌 스티머(Steamer)를 이용해 표면의 급격한 건조를 제어함으로써 수계 폴리우레탄의 마이그레이션을 억제하는 방법이 소개되고 있다. 그러나 섬유내 수계 폴리우레탄이 어느 정도 응고되어 유동성이 저하되기 전까지는 자중(중력에 의한 치우쳐짐)으로 인해 한쪽으로의 이행되는 현상을 완벽히 개선하기가 어려운 문제점이 있다.
따라서 종래의 기술로는 섬유내 수계 폴리우레탄의 마이그레이션을 완벽히 제어하기 어렵고 이로 인해 유기용제 용해형 폴리우레탄을 사용한 인공피혁에서 나타나는 터치감(촉감)과 표면 기모를 구현하기 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 수계 폴리우레탄을 함침할 때에 마이그레이션 발생을 최대한 억제하여 인공피혁의 터치감을 향상하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 해도형 복합섬유로 구성된 부직포에 수계 폴리우레탄을 함침시키고, 상기 해도형 복합섬유의 해성분을 용출하고, 상기 부직포의 표면에 기모를 형성하고, 상기 부직포를 염색하는 단계를 포함한 인공피혁의 제조방법에 있어서, 상기 함침을 할 때에 상기 부직포를 상기 수계 폴리우레탄을 포함한 함침액에 침지하고, 스티머(steamer)에서 스팀으로 예비건조하고, 열풍 건조하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 제조방법으로 제조되며, 소프트니스가 3.6~3.9mm(ST-300 피혁 소프트니스 측정기 측정)인 수계 폴리우레탄이 함침된 인공피혁을 제공한다.
본 발명에 따르면 부직포에 수계 폴리우레탄을 침지하고 스티머(steamer)로 예비 건조를 할 때에, 부직포를 수직 방향으로 이송하고 저장력 상태의 수평 방향으로 이송하는 것에 의해, 부직포에서 폴리우레탄의 마이그레이션을 억제하여 형태안정성, 촉감 및 터치감이 향상된 인공피혁의 제조가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부직포에 수계 폴리우레탄을 함침하는 공정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피혁의 단면 관찰 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피혁의 단면 관찰 사진이다.
인공피혁은 일반적으로, 복합방사공정을 통해 해도(海島)형 섬유를 제조하고, 상기 해도형 섬유를 이용하여 부직포를 제조하고, 상기 부직포에 폴리우레탄계 고분자 탄성체를 함침시키고, 표면을 기모하고, 염색하고 환원세정하는 것을 포함하여 제조될 수 있다.
상기 해도형 섬유를 제조하는 공정은, 용제에 용해되어 용출되는 해(海)성분의 제1폴리머와 용제에 용해되지 않고 잔존하는 도(島)성분의 제2폴리머를 이용하여 복합방사하는 공정을 포함한다.
상기 해성분의 제1폴리머로는, 공중합 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 알칼리 용제에 대한 용해성이 우수한 공중합 폴리에스테르로 이루어진다.
상기 도성분의 제2폴리머로는, 알칼리 용제에 용해되지 않고 분산염료에 의한 염색이 가능한 나일론 또는 폴리에스테르 등으로 이루어질 수 있고, 구체적으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시에틸렌 벤조에이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리아크릴, 폴리비닐알코올, 폴리트리에틸렌 테레프탈레이트, 아세테이트 등을 들 수 있다.
상기 부직포를 제조하는 공정은, 스테이플 상태의 상기 해도형 섬유를 카딩(carding) 공정 및 크로스래핑(crosslapping) 공정을 통해 웹(Web)을 형성하는 공정 및 상기 형성된 웹을 니들 펀치 또는 워터젯 펀치하는 공정을 포함한다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 필라멘트 상태의 상기 해도형 섬유를 스펀 본딩(spun bonding) 공정을 통해 웹(Web)을 형성한 후 니들펀치 또는 워터젯 펀치 등을 이용하여 부직포를 제조할 수도 있다.
이렇게 제조된 부직포에 수계 폴리우레탄을 함침하는 것은, 하기 도 1에 나타낸 바와 같이 부직포를 탄성체 함침액이 담긴 침지조(Dip bath)에 침지하고 꺼내어 스티머(steamer, steam chamber, steam box)에서 예비 건조하고, 열풍 건조기(Dry Tenter)에서 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다. 이때 침지조의 함침액(침지액)은 물, 수용성 또는 수분산형의 수계 폴리우레탄 20 ~ 60 중량%를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 수계 폴리우레탄을 사용하는 것이 휘발성 유기 용제를 사용하지 않아 환경친화적이므로 바람직하다.
상기 수계 폴리우레탄은, 수용성 폴리우레탄을 사용하거나, 폴리우레탄 수지 골격에 음이온성, 양이온성 또는 비이온성의 친수기를 도입한 자기 유화형 폴리우레탄을 사용하거나, 비이온계 계면활성제로 처리된 강제 유화형(forced-emulsifier type) 폴리우레탄을 사용하거나, 소수성의 폴리우레탄 수지에 다량의 유화제를 혼합하여 기계적 전단력에 의해 유화 분산시켜 사용할 수 있다.
상기 스티머는 하기 도 1에 나타낸 바와 같이 부직포를 수직방향으로 이동시키는 수직이송부, 저장력의 상태에서 수평방향으로 이동시키는 수평이송부, 스팀 공급부(미도시) 및 온도제어부(미도시)를 포함하여 이루어진다.
상기 수직이송부는, 스티머의 상부와 하부에서 서로 교차하면서 배치된 복수개의 롤(roll)을 통해, 스티머에 인입되는 부직포가 하부에서 상부로 이동하고 다시 상부에서 하부로 이동하는 수직이송이 수회 반복되면서 이동할 수 있도록 되어있다.
상기 수평이송부는, 상하방향으로 간격을 두고서 지그재그로 배치되어 위에 얹어 놓인 부직포를 지그재그 계단식으로 아래로 이송시키는 복수개의 수평 평벨트 컨베이어와 상기 수평 평벨트 컨베이어의 이송속도를 조절하는 도시되지 않은 제어부를 포함하고 있다.
수계 폴리우레탄에 침지되고 꺼내진 부직포를 상기 스티머를 이용하여 100~120℃의 스팀온도 분위기에서 수직이송부에 의해 부직포를 수직방향으로 이동시키고 수평이송부에 의해 저장력 상태의 수평 방향으로 이동시키면서 예비건조를 할 수 있다.
상기 스티머에 인입된 부직포는 스팀에 의해 가열되면서 물이 증발하여 제거되기 시작하고 폴리우레탄이 고형화되기 시작하여 중량과 부피가 점차 감소하는 예비건조가 이루어지게 된다.
이때, 수직방향으로 이동하면서 부직포의 자중에 의해 수계 폴리우레탄 함침액의 성분이 부직포의 표면으로 이동하지 않고 부직포 내부에 균일하게 채워지게 된다.
이후 부직포가 컨베이어 벨트 위에 놓여 수평방향으로 이동하게 됨에 따라 부직포 내부에 균일하게 채워진 수계 폴리우레탄의 유동성이 저하된 상태에서 수평방향으로 장력이 가해지지 않으므로 수계 폴리우레탄이 부직포 내에서 균일하고 충만하게 충진되므로 부직포의 형태 변형이 억제될 수 있다.
상기 스팀온도 분위기가 100℃ 미만이면 스티머 내에 결로가 발생하고 수평 컨베이어 벨트에 맺힌 결로된 물이 부직포에 떨어질 경우에 결점(폴리우레탄 함침량 불균일, 외관 불량 등)으로 작용할 수 있으며, 120℃를 초과하면 수계 폴리우레탄의 응고가 신속하고 안정적으로 이루어질 수 있으나 습도가 낮아짐에 따라 부직포의 표면층으로부터 건조가 되므로 제조과정에서 곡선 구간을 통과할 경우에 꺾임 주름이 발생하여 최종제품인 인공피혁에서 외관 품질을 저하시킬 수 있다.
수직이송부에서 수계 폴리우레탄이 열에 의해 응고가 시작되면서 유동성의 저하가 이루어지는데, 수직이송부에서 부직포의 체류시간은 3~5분인 것이 바람직하다.
체류시간이 3분 미만이면 유동성의 저하가 미미해져 마이그레이션이 일어나기 쉽고, 5분을 초과하면 응고에 따라 자중에 의해 마이그레이션이 억제되지만 수계 폴리우레탄이 부직포 내에 균일하게 분포하기 어렵다.
수평이송부에서 수계 폴리우레탄이 완전히 응고되면서 안정화되는데, 수평이송부에서 부직포의 체류시간은 5~10분인 것이 바람직하다.
체류시간이 5분 미만이면 안정화 시간이 짧아 부직포의 형태변화가 크게 발생하고, 10분을 초과하면 생산성 측면에서 바람직하지 않다.
이후 열풍 건조기에서 100~150℃의 온도에서 5~15분간 완전건조를 하여 수계 폴리우레탄이 함침된 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 인공피혁을 위해 부직포에 수계 폴리우레탄이 10 ~ 20 중량% 함침되도록 할 수 있다. 이로 인해 폴리우레탄이 부직포에 균일하게 분산되어 탄성과 유연성을 제공할 수 있다.
상기 완전건조 이후에, 부직포를 구성하는 섬유를 극세화하는 공정으로서 가성소다 수용액과 같은 알칼리 용액을 이용하여 해성분인 제1폴리머를 용출시켜 0.05~0.5데니어의 극세섬유를 형성하고 건조하고 연삭하여 기모를 형성하고 원하는 색으로 염색하는 단계를 수행하여 인공피혁을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 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]
주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 금속설포네이트가 함유된 폴리에스테르 단위가 5 몰% 공중합된 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르의 해성분과 상기 해성분 내에 분산 배열된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 도성분으로 구성된 해도형 복합섬유를 50mm의 길이로 절단하여 단섬유화하고 개섬, 카딩 및 크로스 래핑 공정을 거쳐 해도형 복합 단섬유의 적층웹을 제조한 후, 이를 니들펀칭하여 해도형 복합섬유의 부직포를 제조하였다.
이때 부직포에서 용출 이후에 도성분에 의한 극세섬유의 섬도가 0.15 데니어가 되도록 해도형 복합섬유를 제조하였다.
다음으로는 상기 부직포에 수계 폴리우레탄의 함침량이 12 중량%가 되도록 수계 폴리우레탄을 포함한 함침액에 부직포를 침지하였다.
이후에 상기 부직포를 하기 도 1에 나타낸 바와 같은 스티머에 투입하고 105℃의 스팀 분위기에서 3분간 수직이송을 한 후, 수평 컨베이어 벨트 위에서 5분간 수평이송을 하여 예비건조를 하였다.
이후에 상기 부직포를 드라이어 텐터에서 130℃의 온도에서 완전건조를 실시한 이후에 가성소다 알칼리 수용액에서 해성분을 완전히 용출시키고 건조기에서 120℃의 온도에서 10 분간 건조하여 건조된 부직포를 얻었다.
상기 부직포의 표면을 0.2mm 연삭하여 기모를 형성시켜 인공피혁을 제조하였다.
[실시예 2 ~ 5]
상기 실시예 1에서, 수계 폴리우레탄의 함침량, 스팀 분위기의 온도, 수직이송 시간, 수평이송 시간을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1 ~ 3]
상기 실시예 1에서, 수계 폴리우레탄의 함침량, 스팀 분위기의 온도, 수직이송 시간, 수평이송 시간을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 인공피혁을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 인공피혁에 대해 하기의 평가방법을 이용하여 특성을 평가하고 그 결과를 표 1과 도 2에 나타내었다.
<평가항목>
1. 유연성(softness)
ST-300 피혁 소프트니스(softness) 측정기를 사용하여 인공피혁의 유연성을 측정한다. 소프트니스(softness) 측정길이가 길수록 유연성이 우수하다.
2. 인공피혁에서 폴리우레탄의 마이그레이션
광학장비를 이용하여 붉은색 안료가 첨가된 수계 폴리우레탄으로 함침된 인공피혁의 단면에서 붉은색의 농도 변화를 관찰한다.
| 수계 PU 함침량 (중량%) |
스팀 분위기 온도 (℃) |
수직이송 시간 (분) |
수평이송 시간 (분) |
소프트니스 (mm) |
|
| 실시예 1 | 12 | 105 | 4 | 8 | 3.8 |
| 실시예 2 | 12 | 105 | 3 | 5 | 3.6 |
| 실시예 3 | 12 | 105 | 5 | 10 | 3.9 |
| 실시예 4 | 12 | 115 | 4 | 8 | 3.7 |
| 실시예 5 | 20 | 105 | 4 | 8 | 3.6 |
| 비교예 1 | 12 | X | X | X | 2.5 |
| 비교예 2 | 12 | 105 | X | 8 | 3.3 |
| 비교예 3 | 30 | 105 | 6 | 11 | 3.5 |
| 대조구* | - | - | - | - | 4.0 |
| *대조구는 유기용제 용해형 폴리우레탄을 함침재료로 사용하는, 종래의 일반적인 방법으로 제조된 인공피혁 | |||||
상기 표 1의 결과로부터 실시예의 소프트니스가 비교예보다 우수한 것이 확인되며, 유기용제 용해형 폴리우레탄을 사용하는 종래의 일반적인 방법으로 제조되는 인공피혁과 유사한 수준으로 나타났다.
또한, 하기 도 2에 나타낸 인공피혁의 단면 관찰 사진에서, 실시예에 의한 인공피혁의 단면에서 붉은색이 균일하게 나타나는 것과 비교하여, 비교예 1의 것은 붉은색이 인공피혁의 표면에서 매우 강하고 내면에 거의 나타나지 않는다. 이로부터 실시예의 인공피혁은 수계 폴리우레탄이 균일하게 분포하지만, 비교예 1의 것은 인공피혁의 표면에서만 수계 폴리우레탄이 집중적으로 분포하고 내면에서는 거의 분포하지 않아 균일한 분포가 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있다.
이로 인해 본 발명의 인공피혁은 만졌을 경우에 뻣뻣하지 않고 부드럽고 유연한 촉감이 나타나는 것이 확인된다.
이와 같이 인공피혁에서 수계 폴리우레탄 탄성체가 마이그레이션 되어 표면방향으로 몰릴 경우에 부드럽고 유연한 특성이 저하되는 것이 확인된다.
Claims (5)
- 해도형 복합섬유로 구성된 부직포에 수계 폴리우레탄을 함침시키고, 상기 해도형 복합섬유의 해성분을 용출하고, 상기 부직포의 표면에 기모를 형성하고, 상기 부직포를 염색하는 단계를 포함한 인공피혁의 제조방법에 있어서,
상기 함침을 할 때에 상기 부직포를 상기 수계 폴리우레탄을 포함한 함침액에 침지하고, 스티머(steamer)에서 스팀으로 예비건조하고, 열풍 건조하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 스티머는, 부직포를 수직방향으로 이동시키는 수직이송부, 부직포를 저장력의 상태에서 수평방향으로 이동시키는 수평이송부, 스팀 공급부 및 온도제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 2항에 있어서,
상기 스티머에서 상기 부직포가 상기 수직이송부에 의해 수직방향으로 3~5분간 체류한 후에, 상기 수평이송부의 수평 방향으로 5~10분간 체류하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 스티머에서 예비건조할 때에 100~120℃의 스팀온도 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 인공피혁의 제조방법. - 상기 제 1항 내지 4항의 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 소프트니스가 3.6~3.9mm(ST-300 피혁 소프트니스 측정기 측정)인 수계 폴리우레탄이 함침된 인공피혁.
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| KR1020190035923A KR20200114340A (ko) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | 인공피혁의 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20220166898A (ko) | 2021-06-10 | 2022-12-20 | 주식회사 하코 | 수계 폴리우레탄이 함침된 환경친화적 인공피혁 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010112255A (ko) | 1999-02-01 | 2001-12-20 | 가와무라 시게구니 | 다공질 형성용 수계 우레탄 수지 조성물, 섬유 시트상복합물의 제조방법 및 인공 피혁 |
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2019
- 2019-03-28 KR KR1020190035923A patent/KR20200114340A/ko not_active Application Discontinuation
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