KR20230060332A - 친환경 폴리우레탄 인조 피혁 및 이의 제조 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁의 제조 방법은 이면원단과 스킨층을 합포한 후 폴리우레탄으로 함침하여 이면층 형성과 스킨층의 표면 처리를 수행할 수 있다. 이와 같은 제조 방법에 의해서 인조 피혁을 제조할 수 있으므로, 종래의 인조 피혁을 제조하기 위해 복잡한 단계로 행해지던 폴리우레탄 함침 공정을 간소화하고, 표면처리 공정과 통합하여 소모되는 비용, 시간, 자원 등을 획기적으로 절약하였다. 또한 전체 공정에서 유기용제의 사용을 완전히 배제하여 친환경적이고 인체에 안전한 인조 피혁을 제조할 수 있다.
Description
발명은 폴리우레탄 인조 피혁의 제조 방법에 대한 것이다. 구체적으로는 제조 공정이 간소화되고 경제적이며 친환경적인 인조 피혁의 제조 방법에 대한 것이다.
폴리우레탄(Polyurethane, PU) 인조 피혁은 직물, 환편, 부직포 등의 이면층용 원단을 폴리우레탄 배합액에 담가 함침한 후 그 위에 폴리우레탄 코팅 원단인 스킨층을 접착하여 제조한 것으로, 표면의 감촉이 부드럽고 주름이 자연스러워 천연 피혁의 대체재로 널리 사용된다. 특히 PU 인조 피혁은 가벼우면서도 내구성, 내마모성 등 표면 물성이 우수하고, 다양한 무늬와 컬러로 가공이 용이할 뿐만 아니라, 균일한 면적으로 대량 공급이 가능하여 최근 자동차, 가구, 의류, 인테리어 등으로 사용 영역을 더욱 넓혀가고 있다.
종래의 PU 인조 피혁을 제조하는 공정은 간략하게 3 단계로 나누어질 수 있는데, 먼저 지지층이 될 이면층용 원단을 유기용제에 희석된 폴리우레탄 배합액에 담가 고분자를 충진시키는 습식 함침 단계, 유기용제에 희석시킨 폴리우레탄 배합액으로 스킨층을 형성하고 이면층용 원단에 접착시키는 건식 코팅 단계 그리고 스킨층의 컬러와 광택, 물성을 보완하기 위해 유기용제에 희석된 PU 처리액을 표면에 코팅하여 박막의 표면 처리층을 형성하는 단계로 이루어진다. 본 발명에서는 설명의 편의 상 위와 같이 건식 코팅에 의한 표면 처리층 형성 이전에 습식 방식의 이면층용 원단의 함침을 선행하는 종래의 방식을 선(先)함침법 이라 칭한다.
도 2는 종래의 폴리우레탄 인조 피혁의 단면을 묘사한 것으로 도면 상 선 함침 이면층용 원단이 습식 함침 단계를 통하여 제조되고, 표면 코팅층과 접착층은 건식 코팅 단계를 통해 구성되며 최외측 표면에 위치한 표면 처리층은 별도의 표면처리 단계에서 형성되게 된다.
이 때 이면층용 원단에 고분자를 충진시키는 습식 함침 단계는 그 공정이 나머지 두 단계에 비하여 월등히 복잡하고 투입되는 인적, 물적 자원이 상당하다. 구체적으로 종래의 선함침 공정은 폴리우레탄 함침액을 배합하는 단계, 함침액에 이면층용 원단을 담그고 짜내는 함침의 단계, 함침된 이면층용 원단을 물에서 굳히는 응고의 단계, 응고된 원단을 복수개, 예를 들어 6개 내재 10개의 수조를 이용해 단계적으로 세척하는 수세의 단계, 텐터 오븐기를 이용하여 원단 폭을 고정하고 건조하는 단계, 마지막으로 함침 과정으로 인해 요철이 생긴 표면을 사포로 마찰시켜 평탄화 하는 연마의 총 6단계로 이루어진다. 이렇게 복잡한 공정으로 많은 가공비용이 들어가는 습식 공정이지만, 상기 공정을 통하여 이면층용 원단 생지에 폴리우레탄 수지를 충진시키고 탄성을 부여할 수 있기 때문에 고품질 PU 인조 피혁의 제조에 있어 불가피하게 적용되고 있는 실정이다.
뿐만 아니라 종래의 함침 공정은 폴리우레탄 고분자를 분산, 희석시키기 위하여 인체에 유해하고 환경을 오염시키는 DMF(Dimethylformamide)와 MEK(Methyl Ethyl Keton)등의 유기용제를 필수적으로 사용하는 문제점을 지닌다. 구체적으로 1.3mm 두께와 1370mm의 폭을 가진 극세사 부직포를 함침 가공할 경우 원단 1m 당 약 1,000~1,700g에 달하는 유기용제가 사용되는데, 다량의 유기 용제는 공장 내, 외부에 비산되어 작업자들의 건강을 해치고 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 이를 관리하기 위한 흡입 및 배출시설에 대한 투자와 인적, 물적 차원에서의 관리비용이 지출된다. 또한 공정 중 제거되지 않은 미량의 유기용제는 완제품 내에 잔존하여 서서히 배출될 수 있는데, 밀폐된 실내에 인조 피혁이 사용되는 경우 새차 증후군, 새집 증후군과 같은 각종 증후군의 원인이 될 수 있다.
근래에는 이러한 문제점을 해결하고자 인조 피혁 제조 시 유기 용제의 사용을 완전히 배제하면서도 공정을 축소시키고자 하는 노력이 진행되고 있다. 그 일 예로 대한민국 등록특허공보 제10-1705176호(등록일: 2017. 02. 03)는 수성 폴리우레탄, 무용제 폴리우레탄을 이용하여 습식 함침, 건식 코팅 및 후처리 공정을 진행, 유기 용제의 사용을 수반하지 않는 친환경적인 PU 인조 피혁을 수득하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 특히 기존 유기용제에 희석된 PU 인조 피혁이 함침-응고-수세-건조-연마의 함침 공정을 거치는 것에 대비하여 수분산 PU 인조 피혁은 그 공정이 함침-건조-연마로 단축될 수 있다는 것을 장점으로 제시한다.
그러나 상기한 특허에서 제시하는 방법에 따른 수분산 폴리우레탄 함침 공법은 여전히 유기용제형 폴리우레탄 함침 공법과 유사한 별도의 대규모 함침, 건조 및 연마설비가 필요하고 투입되는 인적 자원 수도 거의 동일하기 때문에 공정 단축을 통한 비용절감의 효과가 실질적으로 미미하다. 심지어 물과 닿으면 응고되는 유기 용제형 폴리우레탄과 달리 수분산 폴리우레탄은 오로지 열을 이용한 건조로 원단 내부의 수분을 증발시키고 폴리우레탄을 응고시켜야 하는데, 이 때 일반적인 열풍 텐터기로 급격하게 건조할 경우 수분이 증발하는 방향으로 함침액이 쏠려서 이면층용 원단의 한쪽 면에만 고형분이 모이는 응집현상이 발생할 위험이 있다. 이를 해소하기 위해서는 이면층용 원단의 양면을 동시에 가열시킬 수 있는 열풍 건조기 혹은 양면을 번갈아 가며 건조시키는 실린더 건조기와 같은 특수 설비에 대한 재설계와 투자가 필요하며, 상술한 이유로 실제 산업현장에서의 공정축소나 생산 단가 절감의 효과는 적다고 보여 진다.
따라서 종래의 고급 인조 피혁과 유사한 감성을 가지면서도 유기용제를 사용하지 않아 친환경적이고, 함침공정을 단순화시켜 생산효율성과 가격경쟁력이 높은 폴리우레탄 인조 피혁 및 그 제조방법의 개발이 절실한 상황이다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 0001) KR 10-1705176(등록일: 2017. 02. 03)
본 발명은 상기에서 설명한 기술적인 과제를 해결하고자 고안된 것으로, 간소화된 제조공정을 통하여 효율적으로 제작되며, 유기용제의 사용이 완전히 배제되어 친환경적이면서도 감촉은 천연가죽과 유사한 인조가죽 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 인조 피혁 제조 방법에 대한 것으로서, 상기 인조 피혁 제조 방법은
(S10) 스킨층을 준비하는 단계;
(S20) 상기 스킨층의 일측면에 접착층을 형성하는 단계;
(S30) 이면층용 원단을 준비하고 상기 스킨층과 이면층용 원단을 합포하는 단계;
(S40) 상기 (S30) 단계에서 합포된 결과물에서 이면층용 원단을 수분산 폴리우레탄 함침액으로 함침하는 단계; 및
(S50) 상기 (S40) 단계의 결과물을 건조하는 건조 단계;를 포함하며,
상기 방법으로 통해서 제조된 인조 피혁은 이면층, 접착층 및 스킨층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것이다.
본 발명의 제2 측면은 상기 제1 측면에 있어서, 상기 (S10) 단계의 이면층용 원단은 부직포, 편포 및 직포 중 선택된 이상을 포함하는 것이다.
본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 또는 제2 측면에 있어서, 상기 (S20) 단계의 접착층을 형성하는 단계는접착제 배합물을 상기 스킨층 표면에 도포하고 1차 건조하여 제조되는 것이며, 상기 접착체 배합물은 접착 수지 및 안료를 포함하는 것이다.
본 발명의 제4 측면은, 상기 제3 측면에 있어서, 상기 접착제 배합물은 용매를 더 포함할 수 있으며, 상기 용매는 물을 포함하는 것이다.
본 발명의 제5 측면은 상기 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S30)의 스킨층을 준비하는 단계는 (S31) 수분산 폴리우레탄 수지와 용매을 포함하는 수지 조성물을 제조하는 단계; 및 (S32) 상기 수지 조성물을 이형지에 도포하고 건조하는 단계;를 포함하며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상 포함되며, 상기 이형지는 상기 (S40) 단계의 함침 전 제거되는 것이다.
본 발명의 제6 측면은, 상기 제5 측면에 있어서, 상기 수지 조성물은 안료를 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것이다.
본 발명의 제7 측면은 상기 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S30) 단계 수행 후 (S40) 단계 수행 전 상기 합포 결과물을 60℃ 내지 100℃의 온도에서 유지하는 숙성 단계를 수행하고 상기 숙성 단계 수행 후 상기 (S40) 단계의 함침 전 이형지가 제거되는 것이다.
본 발명의 제8 측면은 상기 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S40) 단계의 함침액은 수분산 폴리우레탄 수지와 용매를 포함하는 혼합액이며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상인 것이다.
본 발명의 제9 측면은 상기 제8 측면에 있어서, 상기 함침액은 안료를 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것이다.
본 발명의 제10 측면은 상기 제8 또는 제9 측면에 있어서, 상기 함침액은 점도가 1,000cps 내지 3,500 cps인 것이다.
본 발명의 제11 측면은 상기 제1 내지 제10 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S10) 내지 (S50) 단계가 순차적으로 수행되며, 추가적으로, (S60) 상기 (S50)에서 수득된 인조 피혁의 스킨층 표면에 색상 조절을 위해 하나 또는 2둘 이상의 표면 처리층이 더 형성되는 것이다.
본 발명의 제12 측면은 상기 제11 측면에 있어서, 상기 표면 처리층은 안료 및 용매를 포함하는 표면 처리층 코팅 용액을 상기 스킨층의 표면에 도포하고 건조하는 코팅 방식으로 형성되며, 상기 코팅 방식은 1회 수행되거나 2회 이상 반복하여 수행되며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상인 것이다.
본 발명의 제13 측면은 인조 피혁 제조 시스템에 대한 것으로서,
상기 시스템은 스킨층과 이면 원단이 접착층을 매개로 합포된 합포물을 권출하여 제1 방향으로 공급하는 공급롤러(A), 상기 공급롤러의 제1 방향의 임의의 지점에 위치하며 상기 공급롤러에서 공급된 상기 합포물의 이면 원단을 제1 도포액으로 함침시키고 건조 장치로 이송시키는 제1 도포 장치(B), 및 제1 공급장치에 대해서 반대 방향의 임의 지점에 위치하며 상기 건조 장치를 통과한 합포물의 스킨층 표면에 제2 도포액을 도포하고 건조 장치로 이송시키는 상기 제2 도포 장치(C)를 포함하며,
상기 공급 롤러는 상기 제1 및 제2 도포 장치 사이에 소정 간격 이격되어 배치되고,
상기 제1, 제2 및 제3 도포 장치는 각각 독립적으로 합포물 지지 롤러, 용액 도포 롤러 및 용액 저장조를 포함하며, 상기 용액 도포 롤러는 용액 저장조에 수용된 각 도포액과 접촉하여 도포액을 상기 합포물의 표면에 공급하는 것이고, 상기 지지 롤러에 의해서 상기 합포물이 지지되고 소정 방향으로 이송되는 것이다.
본 발명의 제14 측면은 상기 제13 측면에 있어서, 상기 제3 도포 장치는 1조(set) 또는 2조(set) 이상인 것이다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 인조 피혁의 제조 방법은 이면원단과 스킨층을 합포한 후 이면층의 함침과 스킨층의 표면 처리를 연속적으로 수행되는 단일 공정을 통해서 수행할 수 있다. 이와 같은 제조 방법을 통해, 종래의 인조 피혁을 제조하기 위해 복잡한 단계로 행해지던 폴리우레탄 공정을 간소화하고, 표면처리 공정과 통합하여 소모되는 비용, 시간, 자원 등을 획기적으로 절약하였다. 또한 전체 공정에서 유기용제의 사용을 완전히 배제하여 친환경적이고 인체에 안전한 인조 피혁을 제조할 수 있다.
도 1은 본원 발명에 따른 PU 인조 피혁의 제조 방법을 단계별로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 PU 인조 피혁의 단면도를 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 제조 방법에 따라 제조된 PU 인조 피혁의 단면도를 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 인조가죽의 신율 및 인장강도를 측정하기 위한 시편의 규격을 표현한 도면이다.
도 5는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 코팅 시스템을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명과 종래 기술의 인조 피혁 제조 공정을 대비하여 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 제조 방법에 따라 제조된 인조 피혁으로 자동차 시트를 제작한 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 PU 인조 피혁의 단면도를 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 제조 방법에 따라 제조된 PU 인조 피혁의 단면도를 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 인조가죽의 신율 및 인장강도를 측정하기 위한 시편의 규격을 표현한 도면이다.
도 5는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 코팅 시스템을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명과 종래 기술의 인조 피혁 제조 공정을 대비하여 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 제조 방법에 따라 제조된 인조 피혁으로 자동차 시트를 제작한 모습을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 특허 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 폴리우레탄 인조 피혁의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 친환경 폴리우레탄 인조 피혁을 제조하는 과정은,
(S10) 스킨층을 준비하는 단계;
(S20) 상기 스킨층의 일측면에 접착층을 형성하는 단계;
(S30) 이면층용 원단을 준비하고 상기 스킨층과 이면층용 원단을 합포하는 단계;
(S40) 상기 (S30) 단계에서 합포된 합포물에서 이면층용 원단을 수분산 폴리우레탄 함침액으로 함침하는 단계; 및
(S50) 상기 (S40) 단계의 결과물을 건조하여 이면층, 접착층 및 스킨층이 순차적으로 적층된 구조를 포함하는 인조 피혁을 수득하는 건조 단계;를 포함한다.
또한, 후술하는 바와 같이 상기 스킨층의 표면의 표면 처리층 형성용 용액이 코팅되어 표면 처리층이 더 포함될 수 있다.
우선 스킨층을 준비한다(S10).
본 발명에 있어서, 상기 스킨층은 천연 가죽과 유사한 외관과 촉감을 구현하는 것으로서 폴리우레탄 수지 및 안료를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 스킨층은 두께가 바람직하게는 0.02mm 내지 0.08mm 더욱 바람직하게는 0.04mm 내지 0.06mm일 수 있다. 상기 스킨층의 두께가 전술한 두께에 미치지 못하는 경우 기계적 강도가 부족하고, 반면 이를 초과하는 경우에는 질감이 거칠어지고 탄성이 저하된다.
상기 스킨층 100wt% 대비 상기 폴리 우레탄 수지는 60wt% 이상, 바람직하게는 70wt% 이상을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지는 폴리에스테르계 폴리우레탄, 폴리에테르계 폴리우레탄, 폴리카보네이트계 폴리우레탄, 폴리아세탈계 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트계 폴리우레탄, 폴리올레핀계 폴리우레탄, 폴리에스테르 아미드계 폴리우레탄, 폴리티오에테르계 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 둘 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지는 수분산 폴리우레탄 수지인 것이 바람직하다.
상기 안료는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 수분산 안료를 사용할 수 있으며, 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 10 내지 40 중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 안료의 사용량이 전술한 범위에 미치지 못하는 경우에는 이면층의 색깔이 스킨층에 비쳐 올라와 표면 미관을 저해할 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 안료의 구성비가 지나치게 높아져 강도와 신율과 같은 기계적 물성을 저해하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 스킨층은 선택적으로 증점제, UV방지제, 난연제, 슬립제, 대전방지제, 분산제, 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 함량 및 종류는 본 발명에 영향을 미치지 않는 한에서 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 스킨층은 폴리우레탄 수지와 안료를 용매와 혼합하여 수지 조성물을 제조하고 이를 이형지에 도포 및 건조하는 방법으로 준비될 수 있다.
상기 용매로는 수분산 조성물을 제조하기 위해 물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 용매 100wt% 대비 물을 99.9wt% 이상 포함하는 것이다. 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 조성물은 수성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 용매로서 물 10 중량부 내지 120 중량부를 사용할 수 있다.
상기 스킨층은 상기 조성물을 이형지에 도포하고 건조하는 코팅 방식으로 제조할 수 있다. 이 때 상기 조성물의 도포 두께는 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 200㎛ 내지 250㎛이다. 도포량이 상기 수치범위를 만족함으로써 스킨층에 미세 구멍, 팽윤 등의 불량이 발생하지 않고 고르게 건조될 수 있다.
또한 상기 스킨층의 건조는 바람직하게는 60℃ 내지 140℃, 더욱 바람직하게는 80℃ 내지 120℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있다. 만약 건조 온도가 상기한 바에 비해 낮을 경우 미건조가 발생하며, 지나치게 높을 경우 표면 수지층이 갈라지는 크랙 불량이 발생할 수 있다.
상기한 방법에 따라 준비된 표면 수지층은 이형지에 지지된 상태로 접착층 형성 및 합포 공정에 투입되며, 상기 이형지는 추후 적절한 단계에서 제거된다.
다음으로 상기 스킨층의 표면에 접착층을 형성한다(S20).
상기 접착층은 상기 스킨층의 적어도 일측면에 형성될 수 있다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기와 같이 스킨층이 이형지와 함께 공급되는 경우에는 상기 접착층은 상기 스킨층 중 이형지가 배치된 면의 반대면에 형성된다.
상기 접착층은 스킨층과 이면층용 원단을 합포할 때 스킨층과 이면층용 원단을 결속시키기 위한 것으로서 폴리우레탄 고분자를 주성분으로 포함하는 접착제를 접착층 중 80wt% 이상, 또는 90wt% 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 '주성분으로 포함'한다는 것은 해당 성분이 전체 구성 100wt% 대비 50wt% 이상 포함한다는 것을 의미한다. 상기 접착제는 가열과 같은 특정 가공 조건 하에 일정 시간 동안 가건조(semi-dry)되어 끈적이는 특성을 유지하다가 가교결합 혹은 상변화를 통해 고형화 하는 물질에 해당된다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 접착층은 필요에 따라 선택적으로 안료, UV 방지제, 난연제, 슬립제, 대전방지제, 분산제, 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있고 이들의 함량 및 종류는 본 발명에 영향을 미치지 않는 한에서 제한하지 않는다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 접착제는 환경 오염을 방지하는 측면에서 유기용제를 포함하지 않는 것이 사용될 수 있다. 이의 구체적인 예로 무용제 폴리우레탄 접착제, 수분산 폴리우레탄 접착제, 핫멜트 폴리우레탄 접착제 등에 해당되나 그 종류는 본 발명에 영향을 미치지 않는 한에서 국한되지 않는다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 접착층은 상기와 같은 종류의 접착제를 포함하는 접착제 배합물을 스킨층의 표면에 도포 및 건조하는 방식으로 형성될 수 있다. 상기 접착제 배합물에는 전술한 바와 같이 1종 이상의 첨가제가 포함될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 접착제 배합물은 소정량의 용매를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 용매는 수계 용매로서 용매 100wt% 대비 물이 90wt% 이상, 또는 99.9wt% 이상 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 접착제 배합물은 코터에 연속적으로 공급되어져 이송된 스킨층 상부에 도포 되는데, 이 때 그 두께는 바람직하게는 0.01mm 내지 0.2mm 이다. 만약 배합물의 코팅량이 상기한 바에 미치지 못할 경우 스킨층과 이면층용 원단간의 결합력이 떨어져 마모, 신장 혹은 구부림 시 분리될 위험이 있으며, 코팅량이 상기한 바를 초과하는 경우 합포 시 접착제의 상당량이 이면원단 내부에 스며든 채로 경화되어 수득한 인조 피혁의 촉감을 저해하고 뻣뻣하게 하여 품질을 저해한다.
한편 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 접착제 배합물을 도포한 후 100℃ 내지 120℃의 온도에서 접착층을 1차 건조한다.
본 발명에 있어서, 상기 1차 건조는 접착제로 사용된 고분자 수지의 가교결합 혹은 액상에서 고상으로의 상변화가 일부, 예를 들어 30% 내지 60% 진행되도록 하는 작업이며, 스킨층에 도포된 접착제가 이면층용 원단과 접착력을 유지하는데 필요한 점성을 갖도록 하는 과정이다. 일반적으로 주제와 경화제로 구분된 2액형 폴리우레탄 접착제는 수지와 경화제가 배합된 직후에 상호간의 반응이 덜 일어나 점도와 점성이 지나치게 낮은데 이 때 이면 원단을 합포할 경우 배합물이 원단에 스며들어간 채로 경화되어 인조 피혁 전체의 감성을 뻣뻣하게 하며, 수지와 경화제의 반응이 지나치게 진행되면, 점도가 급격히 올라가 고체로의 상변화가 진행되고, 이면층용 원단을 합포해도 결합이 되지 않거나 접착의 강도가 모자라 이면층용 원단과 스킨층이 박리될 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 도포 후 상기 온도에서 소정 시간 유지하여 상기 상변화가 30% 내지 60% 진행될 수 있도록 1차 건조를 진행한다.
상기한 방법에 따라 1차 건조 수행 후 접착층이 형성된 스킨층은 이형지에 지지된 상태로 이송되어 다음으로 합포 공정에 투입되어 이면층용 원단과 합포된다(S30).
상기 스킨층의 표면에서 1차 건조에 의해서 형성된 접착층과 이면층용 원단의 합포는 한 쌍의 압착 롤러 등 공지된 가압 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 접착층은 1차 건조되어 끈적임을 지니는 상태이므로 접착제 일부는 압착 후 이면층용 원단 내부로 스며들고 일부는 스킨층 상에 잔존한 채로 경화되어 이 둘을 결속하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 스킨층과 이면층용 원단이 접착층에 의해서 결합된 합포물은 이형지에 지지된 상태로 이송되어 권취될 수 있으며 이러한 권취 상태로 아래 숙성 공정에 투입될 수 있다. 상기 권취 공정은 상기 합포 공정을 통하여 결합된 표면 수지층 및 이면원단을 연속적인 롤의 형태로 수득하는 과정이며, 이 때 원기둥 형태의 관을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 합포물은 소정 온도에서 유지되는 숙성(aging) 공정에 투입된다. 상기 숙성 공정은 상기 합포물을 소정 온도로 유지되는 항온실에 보관하여 접착제의 경화 및 안정된 결합을 이루어내는 공정이다. 본 단계에서는 상기 1차 건조 단계에서 30% 내지 60%로 일부 경화된 접착제가 완전히 경화된다. 상기 숙성 공정은 약 48시간 이상 유지될 수 있다. 또한, 상기 숙성 공정은 60℃ 내지 100℃, 바람직하게는 75℃ 내지 85℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. 만약 온도가 상기한 바에 미치지 못하면 접착제의 경화반응이 부족하여 접착력이 부족할 수 있으며, 온도가 상기한 바를 초과하면 지나친 가열로 표면수지층을 구성하는 폴리우레탄 수지와 이형지가 손상될 수 있다.
상기의 과정을 통해 숙성이 완료된 합포물은 이후 이형지가 제거된다. 상기 이형지는 박리기로 이송되어 분리될 수 있다. 분리된 이형지는 롤의 형태로 수득되어 재사용을 위해 별도로 관리될 수 있다. 또한, 이와 같이 이형지가 제거된 후에 합포물은 다시 롤의 형태로 권취되었다가 이면 함침 및 표면 처리(S40) 공정에 투입될 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 이면층용 원단은 통상적인 인조 피혁의 가공 공정에서 함침 공정을 거치지 않은 비함침 원단인 것으로서 후술하는 단계에서 폴리우레탄으로 충진되어 이면층으로 형성되는 것이다.
상기 이면층용 원단은 인조 피혁의 제조에 있어서 이면층으로 사용될 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 구체적인 예로 부직포(Non-woven fabric, 不織布), 직포(woven fabric, 織布) 및 편포(circular knit, 編布) 등을 사용할 수 있다.
상기 부직포는 섬유집합체를 화학적 작용이나 기계적 작용 또는 적당한 수분과 열처리에 의해 섬유 상호간을 결합한 포형상을 의미하며, 상기 직포는 섬유집합체를 실로 형성 후 상기 실을 이용하여 직포 공정을 통해 형성된 천을 의미한다. 상기 직포는 직물(織物)과 통용되는 단어로서, 상기 직포는 2개의 실이 가로와 세로 방향으로 얽힌 원단을 의미하는 것으로, 세로 방향의 실 즉 경사와, 가로 방향의 실 즉, 위사가 서로 얽힌 원단을 말한다. 상기 직포는 제조 방법에 따라서 평직(平織), 능직(綾織), 주자직(朱子織)으로 나뉠 수 있다. 상기 편포(編布)는 한 개 또는 두 개 이상의 실로 고리(loop, 루프)를 연속시켜 짠 원단을 의미하는 것으로 제조 방법에 따라 환편포(丸編布)와 경편포(經編布)로 구분될 수 있고, 직포에 비해 신축성이 좋은 장점이 있다. 상기 환편포는 위사 방향으로 실이 급사되어 짠 원단을 의미하고, 경편포는 경사 방향으로 실이 급사되어 짠 원단을 의미한다. 상기 원단으로는 천연 섬유나 합성 섬유를 사용할 수 있으며, 예를 들어 합성 섬유로는 폴리에스터, 나일론, 폴리올레핀, 폴리비닐알코올, 폴리아미드, 폴리우레탄 또는 폴리염화비닐리덴 등을 들 수 있다.
다음으로, 상기 합포물의 이면층용 원단을 수분산 폴리우레탄 수지로 함침시켜 이면층용 원단이 폴리우레탄 수지로 충진된다(S40).
상기 공정을 수행하기 위해서, 우선 수분산 폴리우레탄 수지와 용매를 포함하는 함침액을 준비한다. 상기 함침액은 필요에 따라 수분산 안료나 그 외의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 함침액은 1,000cps 내지 3,500cps, 예를 들어 1500cps 내지 2500cps의 점도를 가질 수 있으며, 이러한 점도 범위를 나타내기 위해서 필요에 따라 증점제가 투입될 수 있다. 이와 같이 함침액이 준비되면 상기 합포물의 이면층용 원단 부분을 상기 함침액으로 함침하고 건조한다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 이면층용 원단의 함침은 그라비아롤, 닥터 블레이드, 프레싱 러버롤, 액 받이로 구성된 그라비아 코팅 방법 등으로 진행 될 수 있으나 이에 한정짓지는 않는다. 상기 그라비아롤은 표면에 함침액을 피도포면으로 전달하기 위해 소정의 요철 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 함침액은 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 안료 및 물을 포함할 수 있다. 여기에서 상기 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 물 50 중량부 내지 400 중량부, 수분산 안료 5 중량부 내지 20 중량부, 증점제 3 중량부 내지 7 중량부가 포함될 수 있다.
상기 수분산 안료는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이며, 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 적절하게는 5 중량부 내지 20 중량부, 더욱 적절하게는 10 중량부 내지 15 중량부로 사용할 수 있다. 안료의 사용량이 전술한 범위에 미치지 못하는 경우 함침된 이면 원단의 색깔이 균일하지 못해 미관을 저해할 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 안료의 구성비가 지나치게 높아져 마찰시 이면 원단에서 안료가 탈락되어 표면을 오염시킬 수 있다.
상기 증점제는 셀룰로오스계, 아크릴계, 아마이드계, 우레탄계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 혹은 하나 이상의 배합물일 수 있다. 상기 증점제는 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해 3 중량부 내지 7 중량부가 투입되어 폴리우레탄 배합액의 점도를 적절하게는 1,000cps 내지 3,500cps, 더욱 적절하게는 1,500cps 내지 2,500 cps로 조절할 수 있다. 만약 배합액의 점도가 상기한 점도에 비해 낮으면 함침액이 롤에 충분히 견인되지 못할 뿐 아니라 이송 중 중력에 의해 역류하여 불균일하게 도포되는 부작용이 발생하며, 점도가 상기 범위보다 높을 경우 함침액이 과다하게 도포되어 완성된 인조가죽을 뻣뻣하게 할뿐 아니라, 액 받이의 액이 원활하게 순환하지 못해 묵처럼 변하는 겔링(gelling)현상이 생길 위험이 높다. 이에 관한 보다 상세한 설명은 이후의 실시예를 통해 후술하기로 한다.
또한 상기 폴리우레탄 함침액에는 선택적으로 난연제, 소포제, 대전방지제, 분산제, 레벨링제, 충진제 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고 이들의 함량 및 종류는 본 발명에 영향을 미치지 않는 한에서 제한하지 않는다.
상기와 같이 이면층용 원단을 수분산 폴리우레탄 수지로 함침한 후 후술하는 표면 처리층 형성(S60)을 수행하기 전 상기 결과물을 건조한다(S50). 상기 건조는 사용된 용매가 제거될 수 있는 방법이면 어느 것이나 적용될 수 있으며, 특정한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 자연 건조, 송풍 건조, 냉풍 건조, 열풍 건조, 대류 건조, 가열 건조 등 종래 사용되는 건조 기술 중 하나 이상을 선택하여 적용할 수 있다.
상기와 같이 이면층 원단이 폴리우레탄 수지로 충진되면 다음으로 상기 스킨층의 표면에 표면 처리층을 코팅한다(S60). 상기 표면 처리층은 스킨층의 광택 조정 및 표면 물성 보강을 위한 목적으로 도입된다. 상기 표면 처리층용 코팅액은 상기 함침액과 유사한 성분과 함량으로 준비될 수 있다. 필요에 따라서, 상기 표면 처리층은 가공 보조제, 소포제, 윤활제, 계면 활성제, 습윤제, 감촉 개선제, 레벨링제, 증점제 등 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 표면 처리층의 형성은 그라비아롤, 닥터 블레이드, 프레싱 러버롤, 액받이로 구성된 그라비아 코팅 방법 등으로 진행 될 수 있으나 이에 한정짓지는 않는다. 상기 그라비아롤은 표면에 함침액을 피도포면으로 전달하기 위해 소정의 요철 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 상기 표면 처리층은 상기 코팅액을 표면에 도포하고 건조하는 방식으로 형성될 수 있으며, 이는 1회 또는 필요한 물성을 확보하기 위해 필요한 경우 2회 이상 수행될 수 있다.
이러한 공정에 의해서 인조 피혁이 제조될 수 있다. 도 3은 본원 발명에 따른 제조 방법에 의해서 수득된 인조 피혁의 단면을 도시한 것이다. 이를 참조하면 이면층과 스킨층이 접착층에 의해서 합포되어 있으며, 상기 스킨층의 표면에 표면 처리층이 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 이면층의 형성과 표면 처리 공정은 간소화된 하나의 후처리 설비 시스템을 이용해서 연속 공정의 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 시스템은 스킨층과 이면 원단이 접착층을 매개로 합포된 합포물을 권출하여 제1 방향으로 공급하는 공급 롤러(A), 상기 공급롤러의 제1 방향의 임의 지점에 위치하며 상기 공급롤러에서 공급된 상기 합포물의 이면 원단을 제1 도포액(함침액)으로 함침시키고 건조 장치로 이송시키는 제1 도포 장치(B), 및 제1 공급 장치에 대해서 반대 방향의 임의 지점에 위치하며 상기 건조 장치를 통과한 합포물의 스킨층 표면에 제2 도포액(코팅액)을 도포하고 건조 장치로 이송시키는 제2 도포 장치(C)를 포함하며, 상기 공급 롤러는 상기 제1 및 제2 도포 장치 사이에 소정 간격 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 도포 장치는 각각 독립적으로 합포물 지지 롤러, 용액 도포 롤러 및 용액 저장조를 포함하며, 상기 용액 도포 롤러는 용액 저장조에 수용된 각 도포액과 접촉하여 도포액을 상기 합포물의 표면에 공급하는 것이고, 상기 지지 롤러에 의해서 상기 합포물이 지지되고 소정 방향으로 이송되는 구성을 가질 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 제2 도포 장치는 1조(set) 또는 2조(set) 이상일 수 있다.
도 5는 상기 설비 시스템을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것으로서 이면층의 함침과 표면 처리층의 코팅 공정이 통합되어 하나의 기계에서 연속적으로 진행될 수 있도록 고안된 것이다. 다음에서 공정의 순서와 절차를 구체적으로 설명하기로 한다.
박리 단계를 통해 수득한 합포물을 상기 설비 시스템의 공급 롤러(101)에 투입하여 이면층용 원단이 제1 도포 장치(102)와 닿도록 진행한다. 본 발명에 있어서 상기 공급 롤러는 권취된 상태의 합포물을 공급하는 언와인더 타입의 롤러일 수 있다. 또한, 상기 제1 도포 장치는 그라비아 도포 장치일 수 있다. 이 때 그라비아 롤러는 회전하며 용액 저장조에 수용된 함침액을 일정하게 끌어올리며, 그라비아 롤 상단의 프레스롤(103)은 수직방향으로 원단을 압착하여 원단에 함침액이 스며들도록 함과 동시에 원단이 그라비아 롤의 회전력을 통해 견인될 수 있도록 한다.
다음으로, 상기 함침된 합포물은 턴롤(104)을 통과하여 상하가 반전(reverse)되며, 상기 설비 시스템 상단의 건조 챔버(105)로 이송되어 건조된다. 건조가 끝난 합포물은 제2 도포 장치인 그라비아 도포 장치(102`)로 이송되어 1도 표면 처리가 진행된다. 1도 표면 처리의 목적은 컬러 조정 및 표면 물성 보강에 있다. 표면 처리를 마친 합포물은 마찬가지로 다시 건조 챔버로 이송되어 적정 온도에서 건조된다. 이후 건조를 마친 상기 합포물은 제3 도포 장치인 그라비아 도포 장치(102``)와 닿아 2도 표면 처리가 진행된다. 2도 표면 처리의 목적은 광택 조정 및 표면 물성 보강에 있다. 표면처리를 마친 인조가죽은 다시 건조 챔버로 이송되어 적정 온도에서 건조된다. 이후 건조를 마친 합포물은 권취부로 이송되는 과정에서 냉각롤(106)과 접하여 상온으로 냉각되어 인조 피혁이 수득된다. 상기 인조 피혁은 이후 와인더(107)에서 롤의 형태로 권취될 수 있다.
상술한 방식에 따른 후처리 설비 및 공정은 종래의 선함침 공정이 배합, 함침, 응고, 수세, 건조, 연마 6개의 공정으로 진행되던 것과 달리 배합, 함침, 건조 3개의 공정으로 단축되고 따라서 별개로 진행되던 표면처리 공정과 통합되어 연속적으로 진행된다.
종래 기술에서 공정이 생략되는 이유를 다음에서 더욱 상세하게 설명한다.
먼저 종래의 함침 공정에서 응고 공정은 유기용제에 희석된 폴리우레탄이 수분과 접하면 굳는 특성을 이용하여 원단에 충진된 고분자를 급격히 굳히기 위해 수행된다. 하지만 본 발명에 따른 함침액은 유기용제가 아닌 물에 분산된 형태로 제조되므로 열로 굳힐 수 있어 응고 공정 전체가 생략 된다.
더불어 종래에 응고 공정 후 수행되던 수세 공정은 응고 후 원단에 잔존하는 유기용제를 씻어내기 위해 진행되던 공정인데, 이 또한 본 발명에 따른 제조 방식은 유기 용제를 사용하지 않으므로 불필요하여 생략된다.
또한 기존의 함침포 제작에 필수적으로 진행된 버핑(buffing) 공정 또한 완전히 생략된다.
구체적으로 종래의 선 함침법은 이면 원단 전체를 배합액에 담가 함침하는데, 이 과정에서 고분자가 원단의 내부 뿐 아니라 표면에도 충진되어 요철을 형성한다. 이를 제거하기 위해서는 표면을 사포로 연마하여 평탄화 하는 버핑(buffing)공정이 불가피한데, 해당 공정은 그 특성 상 작업 속도가 매우 느려 습식 함침 공정에 포함되지 못하고 별도의 설비로 구비된다. 이는 공정상의 비효율, 즉 습식 공정 후 권취한 원단을 버핑기로 이송하여 풀고 작업 후 재 권취하는 번거로움을 야기하였으며, 생산의 흐름이 버핑에서 정체되는 병목현상이 빈번하게 발생하였다.
그리고 무엇보다도 버핑 공정을 통해 자원으로 사용될 수 있었던 원단과 폴리우레탄 고분자가 폐기물로 버려져 자원 낭비와 환경오염을 유발하는 것이 가장 큰 문제점인데, 그 양은 함침 원단 1,000m를 생산할 때 약 150kg에 이르므로 그 양이 상당하다고 볼 수 있다.
하지만 본 발명에 따른 후 함침 인조 피혁 제조공정에 따르면 표면 스킨층의 형성이 함침보다 선행되어 이면 함침시 함침액이 표면까지 스며들지 못하므로, 종래 기술과 달리 요철이 발생할 요인이 없다. 따라서 버핑 설비 및 공정의 제거가 가능하고 상기 병목현상 등의 문제점이 해소되며, 상기한 버핑 공정으로 인한 폐기물의 발생도 일절 없으므로 환경을 보호하고 생산의 효율성을 올려주는 효과도 있다.
하기 도 6은 상술한 종래의 선 함침 인조 피혁 제조 공정과 본 발명에 따른 간소화된 후 함침 인조 피혁 제조 공정을 비교한 도표이다.
위와 같이 본 발명에 따른 제조공법으로 만들어진 폴리우레탄 인조가죽은 공정의 순서변경 및 간소화로 공정 효율성은 대폭 개선되지만, 수득된 완제품의 측단면 구조는 도 2(종래의 선함침 인조가죽)와 도 3(본 발명에 따른 후함침 인조가죽)을 비교하면 알 수 있듯이, 종래의 제품과 큰 차이가 없다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예와 이에 비교되는 비교예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명에 따른 하나의 예시일 뿐 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 바도 당연하다.
<비교예>
비교예에서는 종래에 사용하고 있는 유기용제형 폴리우레탄 기반의 자동차 시트 인조가죽의 물성을 비교하였다.
<실시예1>
1. 본 발명의 공법에 따른 자동차 시트용 인조가죽의 제조
(1) 표면 수지층의 형성 단계
엠보 무늬가 형성된 이형지 상부에 수분산 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해서, 물 10 중량부, 수분산 안료 20 중량부, 증점제 0.5 중량부를 포함하는 표면 수지층 조성물을 250㎛의 두께로 도포한 후, 4개의 개별 가열 챔버를 통과시켜 건조 후 표면 수지층을 형성하였다.
(2) 접착층 형성 단계
상기 표면 수지층의 상부에 무용제형 우레탄 프리폴리머 주제 100 중량부에 대해서 난연제 30 중량부, 안료 4중량부, 이소시아네이트 100 중량부를 포함하는 접착제 배합물을 160g/㎡의 양으로 도포한 후 3개의 개별 가열 챔버를 통과시켜 100℃, 110℃, 120℃의 조건으로 접착제 전체 경화반응의 50% 수준만큼 가건조 시켰다.
(3) 이면 원단의 합포
가건조되어 이송된 접착제층에 이면 원단을 합포하며 이 때 하부롤과 상부롤로 구성된 라미네이팅 롤(laminating roll)을 사용하였다. 이 때 이면원단은 120~170데니어의 폴리에스터 원사로 구성된 경편 원단을 사용하고 그 두께는 1.25 내지 1.35mm이다. 이 후 압착된 원단을 철제 파이프에 연속적으로 말아 권취 하였으며, 80℃의 온도에서 48시간 동안 숙성한 후 이형지를 박리하여 인조가죽 반제품을 수득하였다.
(4) 이면원단의 함침 및 표면처리
박리되어 얻은 인조가죽 반제품을 본 발명의 특징적인 설비에 투입하여 이면원단에 수분산 폴리우레탄 배합액이 함침될 수 있도록 하였다. 이 때 배합액은 수분산형 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해서 물 250 중량부, 수분산 안료 10 중량부, 우레탄계 증점제 5 중량부로 이뤄졌으며, 약 1,500 cps의 점도를 가졌다. 이 때 원단에 스며드는 함침액의 양은 약 300g/㎡이었다. 이 후 인조가죽은 120℃로 가열된 건조 챔버를 통과하여 이송되었으며, 다음으로 두 번째 그라비아롤과 표면이 맞닿아 수분산 폴리우레탄 표면처리액이 약 40g/㎡만큼 코팅될 수 있도록 하였다. 이 때 표면처리액은 수분산 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 물 250 중량부, 수분산 안료 5 중량부, 실리카 20중량부, 경화제 5 중량부를 포함한다. 그 후 인조가죽은 다시 건조 챔버를 통과하여 이송되고 세 번째 그라비아롤과 맞닿아 약 20g/㎡의 표면처리액이 코팅될 수 있도록 하였다. 처리액은 폴리우레탄 고분자 100 중량부에 대해서 물 250 중량부, 실리콘 화합물 5중량부, 실리카 10 중량부 및 경화제 5 중량부를 포함한다. 이 후 건조 챔버를 통과하며 건조된 인조가죽은 냉각롤을 거쳐 철제 파이프에 권취되어 완전한 인조가죽으로 완성되어 수득되게 된다.
<실시예2>
하기의 이면원단의 함침단계 외에 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
(5) 이면원단의 함침 및 표면 수지층의 후처리
박리되어 얻은 인조가죽 반제품을 본 제품의 특징적인 설비에 투입하여 먼저 이면원단의 배면이 프레스롤의 압착을 통해 그라비아롤과 맞닿아 수분산 폴리우레탄 배합액이 함침될 수 있도록 하였다. 이 때 배합액은 수분산형 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해서 물 250 중량부, 수분산 안료 10 중량부, 수성 증점제 1 중량부로 이뤄졌으며, 약 300 cps의 점도를 가졌다. 이 때 원단에 스며드는 함침액의 양은 약 120g/㎡이었다.
<실시예3>
하기의 이면원단의 함침단계 외에 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
(5) 이면원단의 함침 및 표면 수지층의 후처리
박리되어 얻은 인조가죽 반제품을 본 제품의 특징적인 설비에 투입하여 먼저 이면원단의 배면이 프레스롤의 압착을 통해 그라비아롤과 맞닿아 수분산 폴리우레탄 배합액이 함침될 수 있도록 하였다. 이 때 배합액은 수분산형 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해서 물 250 중량부, 수분산 안료 10 중량부, 수성 증점제 10 중량부로 이뤄졌으며, 약 4,000 cps의 점도를 가졌다. 이 때 원단에 스며드는 함침액의 양은 약 950g/㎡이었다.
인조가죽의 물성 및 감성 측정
상기 비교예 및 실시예 1~3에서 수득한 인조가죽의 특성, 두께, 중량, 신율, 인장강도, Softness를 측정하였고 그 결과값을 하기 표 2에 나타내었다.
각 항목의 측정방법은 하기와 같다.
(1) 두께: Pressure foot의 접촉면 직경이 10Φ로 하중이 0.49 ~1.37N인 다이알게이지를 사용하고 시료 100mm X 100mm내에서 선택된 임의의점 5개 이상의 평균값을 측정.
(2) 중량: 감량 1mg 이상인 정밀저울을 사용하고, 100mm X 100mm 크기의 3개 이상의 시험편 중량값의 평균치를 구하고 이를 1㎡로 환산하여 측정.
(3) 파단신율: 인장시험기를 사용하여 도 4와 같이 자른 인조가죽 시편에 표선 100mm를 그린 후, 시험기에서 200mm/min으로 인장 하여 시편이 파단할 때의 신율을 아래 식으로 계산한다.
[식1]
L = (L1-L0)/L0 X 100
(이 때, L: 신율(%), L0: 시험 전 표점 간 거리, L1: 시험 중 인조가죽이 파단 했을 때 표점간의 거리)
(4) 정하중신율: 폭 50mm, 길이 250mm의 시편을 세로 및 가로방향 각 3개씩 절취한 후 그 중앙부에 거리 100mm의 표선을 긋고, 이를 크램프 간격 150mm로 하여 피로도 시험기에 장착하고 8kgf(78.4N)의 하중을 건다. 하중을 건 그대로 10분간 방치하여 표선 간의 거리를 구한다.
(5) 인장강도: 인장시험기를 사용하여 도 4의 시편에 표선 100mm를 그린 후, 시험기에서 200mm/min으로 인장하여 시편이 파단될 때의 최대 중량을 측정.
(6) Softness(연성): softness 측정기(ST300D)를 사용, 100mm X 100mm 크기의 5개 이상의 시험편의 평균치를 구한다. 이 때 측정값은 측정기가 측정을 시작하고 15초 뒤의 값으로 한다.
(7) 감성: 각각의 인조가죽으로 자동차 시트 모형을 만들어 인조가죽 전문가들이 직접 만져보고 부드러운 감촉 및 충진감을 확인하였다.
감촉이 부드러우면서 충진감이 있을 경우 ◎, 적당할 경우 △, 안 좋을 경우 X 로 표시하였다.
(8) 주름: 각각의 인조가죽으로 자동차 시트 모형을 만들어 인조가죽 전문가들이 주름 발생의 유/무를 직접 육안으로 확인하였다.
주름이 없고 매끈한 경우 ◎, 부분적으로 발생 할 경우 △, 전체적으로 발생할 경우 X 로 표시하였다.
[표 1]
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제작된 자동차 시트 표피용 인조가죽은 종래에 사용되던 인조가죽인 비교예에 비하여 Softness가 적당히 높아 표면의 감촉이 좋으면서, 신율과 강도가 유사하게 우수하여 시트소재로 사용되었을 경우 착좌감과 내구성이 우수할 것으로 예상되었다. 실제로 실시예 1의 인조가죽으로 자동차 시트 모형을 만들었을 때 (도 7) 주름발생이 없고, 인조가죽 전문가들의 판단에 감성과 촉감이 우수하였다. 또한 물성은 종래의 인조가죽과 유사한 수준이면서도 중량은 약 18% 낮아 경량화에 기여하는 부가적인 효과도 기대할 수 있었다.
반면 실시예 2는 함침 배합액 내에 증점제를 수지 대비 1중량부만 투입하여 약 300cps의 점도를 가지는 것이 특징이다. 상기 표2에서 확인할 수 있듯이 실시예 2를 통해 수득한 인조가죽은 중량이 낮아 기준치에 미달하였으며, softness가 지나치게 높아서 시트 모형을 만들었을 때 주름이 과다하게 발생하였다. 또한 적은 힘에서도 쉽게 신장되고 파열되어 기준치보다 높은 신율과 낮은 강도를 나타내었다. 이는 이면원단 함침액의 점도가 너무 낮아 롤에 견인되는 액이 적을 뿐만 아니라, 견인되던 액 마저도 중력에 의해 대부분 역류하기 때문으로 본 발명에 따른 함침 방식에서 함침액의 점도 관리가 매우 중요함을 알 수 있는 예시이다.
다음으로 실시예 3은 함침 배합액 내에 증점제를 수지 대비 10 중량부 투입하여 약 4,000cps의 점도를 가지는 것이 특징이었다. 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이 실시예 3의 인조가죽은 중량이 매우 높아서, 물성 기준치를 초과하였으며 반대로 softness는 너무 낮아 물성 기준치를 미달하였다. 또한 신율은 기준치에 미달하고 강도는 너무 높아, 자동차용 시트로 적합하지 않을 것으로 예상되었는데, 실제 해당 원단으로 시트 모형을 만들어 평가한 바에 따르면, 그 조직이 매우 뻣뻣하여 시트 외관에 접힘으로 인한 굵은 주름이 발생하고, 착좌감과 촉감 등의 감성이 불량하였다. 이는 이면원단의 그라비아 함침 시 롤에 함침액이 과다하게 견인되어 원단에 고형분이 과하게 충진되었기 때문으로, 역시 본 발명에 따른 함침 방식에서 적정 점도의 유지 관리가 중요함을 알 수 있었다.
Claims (14)
- (S10) 스킨층을 준비하는 단계;
(S20) 상기 스킨층의 일측면에 접착층을 형성하는 단계;
(S30) 이면층용 원단을 준비하고 상기 스킨층과 이면층용 원단을 합포하는 단계;
(S40) 상기 (S30) 단계에서 합포된 결과물에서 이면층용 원단을 수분산 폴리우레탄 함침액으로 함침하는 단계; 및
(S50) 상기 (S40) 단계의 결과물을 건조하는 건조 단계;를 포함하며,
이면층, 접착층 및 스킨층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 인조 피혁을 제조하는 인조 피혁 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계의 이면층용 원단은 부직포, 편포 및 직포 중 선택된 이상을 포함하는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S20) 단계의 접착층을 형성하는 단계는
접착제 배합물을 상기 스킨층 표면에 도포하고 1차 건조하여 제조되는 것이며, 상기 접착체 배합물은 접착 수지 및 안료를 포함하는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 접착제 배합물은 용매를 더 포함할 수 있으며, 상기 용매는 물을 포함하는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S30)의 스킨층을 준비하는 단계는
(S31) 수분산 폴리우레탄 수지와 용매을 포함하는 수지 조성물을 제조하는 단계; 및 (S32) 상기 수지 조성물을 이형지에 도포하고 건조하는 단계;를 포함하며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상 포함되며, 상기 이형지는 상기 (S40) 단계의 함침 전 제거되는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 수지 조성물은 안료를 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S30) 단계 수행 후 (S40) 단계 수행 전 상기 합포 결과물을 60℃ 내지 100℃의 온도에서 유지하는 숙성 단계를 수행하고 상기 숙성 단계 수행 후 상기 (S40) 단계의 함침 전 이형지가 제거되는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제 1항에 있어서
상기 (S40) 단계의 함침액은 수분산 폴리우레탄 수지와 용매를 포함하는 혼합액이며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상인 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 함침액은 안료를 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 함침액은 점도가 1,000cps 내지 3,500 cps인 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (S10) 내지 (S50) 단계가 순차적으로 수행되며, 추가적으로,
(S60) 상기 (S50)에서 수득된 인조 피혁의 스킨층 표면에 색상 조절을 위해 하나 또는 2둘 이상의 표면 처리층이 더 형성되는 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 표면 처리층은 안료 및 용매를 포함하는 표면 처리층 코팅 용액을 상기 스킨층의 표면에 도포하고 건조하는 코팅 방식으로 형성되며, 상기 코팅 방식은 1회 수행되거나 2회 이상 반복하여 수행되며, 상기 용매로는 용매 100wt% 대비 물이 99.9wt% 이상인 것인 인조 피혁 제조 방법.
- 스킨층과 이면 원단이 접착층을 매개로 합포된 합포물을 권출하여 제1 방향으로 공급하는 공급롤러(A),
상기 공급롤러의 제1 방향의 임의의 지점에 위치하며 상기 공급롤러에서 공급된 상기 합포물의 이면 원단을 제1 도포액으로 함침시키고 건조 장치로 이송시키는 제1 도포 장치(B), 및
제1 공급장치에 대해서 반대 방향의 임의 지점에 위치하며 상기 건조 장치를 통과한 합포물의 스킨층 표면에 제2 도포액을 도포하고 건조 장치로 이송시키는 상기 제2 도포 장치(C)를 포함하며,
상기 공급 롤러는 상기 제1 및 제2 도포 장치 사이에 소정 간격 이격되어 배치되고,
상기 제1, 제2 및 제3 도포 장치는 각각 독립적으로 합포물 지지 롤러, 용액 도포 롤러 및 용액 저장조를 포함하며, 상기 용액 도포 롤러는 용액 저장조에 수용된 각 도포액과 접촉하여 도포액을 상기 합포물의 표면에 공급하는 것이고, 상기 지지 롤러에 의해서 상기 합포물이 지지되고 소정 방향으로 이송되는 것인 인조 피혁 제조 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 제3 도포 장치는 1조(set) 또는 2조(set) 이상인 것인 인조 피혁 제조 시스템.
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| KR1020210144947A KR102674675B1 (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 친환경 폴리우레탄 인조 피혁 및 이의 제조 공법 |
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