KR101505632B1 - 인공피혁용 기포 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공피혁용 기포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트의 양면에 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 적층한 상태에서 워터젯을 분사하여 상호 수류교략시키고, 각각의 웹 시트를 극세섬유로 구성함으로써, 물리적 강도와 천연피혁과 유사한 충진감과 표면 효과를 동시에 향상시킬 수 있는 인공피혁용 기포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

인공피혁용 기포 및 그 제조방법{Substrate for artificial leather and manufacturing method thereof}
본 발명은 인공피혁용 기포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트의 양면에 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 적층한 상태에서 워터젯을 분사하여 상호 수류교략시키고, 각각의 웹 시트를 극세섬유로 구성함으로써, 물리적 강도와 천연피혁과 유사한 충진감과 표면 효과를 동시에 향상시킬 수 있는 인공피혁용 기포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인공피혁은 천연피혁과 가장 유사한 특성을 나타내며 더 나아가 천연피혁이 갖지 못하는 우수한 물성 및 특성을 부가하여 천연피혁의 대체 소재로 많이 사용되어 진다.
인공피혁은 부직포 등을 기재로 거기에 폴리우레탄 수지 등을 함침 내지 추가적인 코팅하여 만들어지는데, 특히 부직포를 사용한 인공피혁이 구조상 특성에 있어 3차원적 구조로 가장 천연피혁과 유사한 특성을 나타내므로 고품질의 인공피혁 제조에 많이 사용되어 지고 있다.
일반적인 부직포 인공피혁은 천연피혁과 유사한 강성 및 신장성을 발현하나 사용되는 부직포의 구성 소재 및 구조에 기인한 신축성에 있어서는 미흡한 특성을 나타내며 쿠션성의 발현 또한 한계가 있다.
인공피혁에 신축성과 쿠션성을 부가하기 위한 방법으로 국내 특허공개 제1998-018061호에 심성분이 폴리에스테르이고 초성분이 폴리올레핀으로 구성된 동심심초형 장섬유를 방사하여 집적한 후 초성분의 용융점 이하 온도로 가열하며 폭방향으로 열연신하고 열고정하여 폭방향으로 신축성을 갖는 부직포를 얻는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 부직포는 양호한 폭방향 신축성에 의해 파프(PAP)재, 붕대 등의 의료위생재로의 활용은 가능하나 파단강도의 취약으로 인공피혁의 소재로는 적용하기 곤란한 문제가 있다.
부직포 제조시 신축성을 갖는 스판덱스 편물망사, 편물 또는 직물을 부직포 웹에 삽입 결합하여 신축성을 부가한 인조피혁용 부직포 및 잠재 권축성을 갖는 단섬유 또는 장섬유 부직포를 제조 후 열수축에 의해 권축을 부여하여 신축성을 나타내는 기술도 소개되어 있다. 그러나 신축성 편직물을 삽입 결합한 신축성 부직포의 경우 부직포가 고중량화 될수록 신축성 발현에 지장을 초래하며 결합이 불충분할 경우 부직포 웹과 편직물 사이의 탈착 등의 문제가 있다. 또한, 잠재 권축성 섬유를 활용한 신축성 부직포의 경우는 섬유의 취약한 파단강성에 의해 인조피혁의 강도 유지에 불충분한 단점이 있다.
결론적으로, 종래 인공피혁용 기포 제조방법에서는 신율(신축성 내지 탄성력)을 향상시키는 경우 강도(인열강도 내지 인장강도)가 약해지고, 강도를 개선하면 신율이 저하되기 때문에, 신율과 강도를 모두 향상시킬 수 있는 인공피혁의 제조방법의 개발이 필요한 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0378762호 (공고일 : 2003.04.03.)
2. 대한민국 등록특허 제10-0490249호 (공고일 : 2005.05.18.)
3. 대한민국 등록특허 제10-0542506호 (공고일 : 2006.01.11.)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트의 양면에 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 적층한 상태에서 워터젯을 분사하여 상호 수류교략시키고, 각각의 웹 시트를 극세섬유로 구성함으로써, 물리적 강도와 천연피혁과 유사한 충진감과 표면 효과를 동시에 향상시킬 수 있는 인공피혁용 기포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법은 길이 3~15mm인 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 마련하는 단계와; 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트를 마련하는 단계와; 상기 제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층하고, 상기 적층된 웹 시트를 상호 수류 결합한 복합부직포를 제조하는 단계와;복합부직포내에 인공피혁 충진층을 형성하는 함침 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법에서 제1, 2웹 시트는 상기 스테이플섬유를 물에 현탁시킨 후 플레이트 상에 펼쳐 시트 상으로 제조하고, 상기 제3웹 시트는 필라멘트섬유를 압출한 다음, 열융착하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법에서 필라멘트섬유 및 스테이플섬유는 각각 섬도가 0.1~0.5데니어(D)인 극세섬유로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법에서 복합부직포의 제1, 2웹 시트는 각각 중량이 35~100g/㎡이고, 제3웹 시트는 중량이 75~200g/㎡인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법에서 복합부직포는 상기 적층된 웹 시트를 워터젯 장치에서 수압 100~600bar의 워터젯을 분사하여 상기 스테이플섬유 및 필라멘트섬유가 상호 수류교락되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인공피혁용 기포는 위 제조방법에 의해 제조된다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법에 의하면 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트의 양면에 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 적층한 상태에서 워터젯을 분사하여 상호 수류교략시키고, 각각의 웹 시트를 극세섬유로 구성함으로써, 물리적 강도와 천연피혁과 유사한 충진감과 표면 효과를 동시에 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인공피혁의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법의 각 단계를 도시하는 공정도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 설명에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 도면번호를 부여하고, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인공피혁용 기포를 도시하는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 인공피혁용 기포의 제조방법의 각 단계를 도시하는 공정도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인공피혁은 크게 복합부직포와, 복합부직포에 PU(폴리우레탄)을 함침함으로써 인공피혁의 충진감을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.
구체적으로 상기 복합부직포는 인공피혁의 기포(基布) 역할을 하는 것으로서, 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트와, 상기 제1, 2웹 시트 사이에 배치되며 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트가 서로 교락된 구조로 이루어진다.
상기 인공피혁 충진층은 상기 복합부직포에 예를 들어, PU(폴리우레탄)이 함침되어 천연피혁과 유사한 질감인 충진감과 표면 촉감을 발현하여 제공하는 것으로서, 합성수지 소재로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 인공피혁의 제조방법은 제1, 2웹 시트를 마련하는 단계(S1)와, 제3웹 시트를 마련하는 단계(S2)와, 상기 웹 시트들을 적층하고, 상기 적층된 웹 시트를 상호 결합한 복합부직포를 제조하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
상기 S1단계는 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 마련하는 단계이다.
상기 제1, 2웹 시트는 길이가 3~15mm인 스테이플섬유(단섬유)로 이루어지고, 습식법으로 제조되는 것을 예시할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1, 2웹 시트는 스테이플섬유를 물에 현탁시켜 이것을 플레이트에 펼쳐 시트 상으로 제조할 수 있으며, 여기서 스테이플섬유는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리비닐알콜과 같은 합성섬유는 물론, 천연섬유도 사용하는 것을 예시할 수 있으나, 그 종류에는 특별한 제한이 없다.
상기 스테이플섬유는 극세섬유인 것이 바람직한데, 상기 스테이플섬유로서 극세섬유를 사용하게 되면 천연피혁과 유사한 질감인 충진감과 표면촉감을 발현할 수 있다.
다만, 스테이플섬유의 섬도가 0.1데니어 미만인 경우에는 초극세사섬유로 분류되는데, 극세섬유와 기능면에서 큰 차이가 없는 반면 원가는 상승하며, 0.5데니어를 초과하는 경우에는 상술한 천연피혁과 유사한 신축성과 쿠션성을 발현하기 어렵기 때문에 섬도가 0.1~0.5데니어(D)인 극세섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 S2단계는 필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트를 마련하는 단계이다.
상기 제3웹 시트는 필라멘트섬유를 스펀본드법을 이용하여 제조할 수 있다.
구체적으로, 제3웹 시트는 용융된 수지를 미세한 구멍이 많은 노즐에서 다량의 필라멘트섬유를 압출하여 이것을 벨트 위에 모아서 웹으로 제조하는데, 고온상태의 필라멘트섬유가 서로 열융착되어 시트 상으로 제조된다.
그리고 상기 제3웹 시트도 상술한 스테이플섬유와 마찬가지 이유로 섬도가 0.1~0.5데니어(D)인 극세섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 저가용으로 일반사 부분인 1~3데니어(D)의 굵기를 갖는 웹 시트(web sheet)도 적용 가능하다.
상기 S3단계는 상기 제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층하고, 상기 적층된 웹 시트를 상호 결합한 복합부직포를 제조하는 단계이다.
여기서, 제1, 2웹 시트의 중량은 각각 35~100g/㎡이고, 제3웹 시트의 중량은 75~100g/㎡인 것을 예시할 수 있으며, 사용되는 제품의 특성을 고려하여 최적으로 조정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 2웹 시트의 총중량이 70g/㎡인 경우, 상기 제3웹 시트의 중량이 75g/㎡ 미만으로 이루어지면 인공피혁에서 요구하는 최소한의 인열강도를 제공하지 못한다. 그리고, 상기 제1, 2웹 시트의 총중량이 150g/㎡인 경우, 상기 제3웹 시트의 중량이 200g/㎡를 초과하면 표면층과 내부의 일체감이 떨어져 천연피혁과 같은 질감을 발현하기 어렵기 때문에 각 웹 시트의 중량을 조정하는 것이 바람직하다.
한편, 적층된 웹 시트를 상호 결합한 복합부직포는 상기 적층된 웹 시트를 워터젯 장치에서 수압 100~600bar의 워터젯을 분사하여 상기 스테이플섬유 및 필라멘트섬유가 상호 수류교락되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 적층된 웹 시트의 일면에만 워터젯을 분사할 수도 있고, 양면에 모두 워터젯을 분사할 수도 있다.
적층된 웹 시트의 양면에 모두 워터젯을 분사하는 경우, 일면과 타면에 각각 분사되는 워터젯의 압력을 다르게 조정할 수 있다.
예를 들어, 적층된 웹 시트의 일면에는 수압이 400bar인 워터젯을 분사하고 뒤집은 다음, 타면에는 수압이 300bar인 워터젯을 분사하는 것이다.
이와 같이, 첫번째 워터젯을 큰 수압으로 분사하여 제1, 2, 3웹 시트 전체적인 교락을 형성하고, 두번째 워터젯을 상대적으로 작은 수압으로 분사함으로써 제1, 2웹 시트를 이루는 스테이플섬유들이 모두 중앙에 배치된 제3웹과 치밀한 구조로 엉키게 된다.
여기서 적층된 웹 시트의 일면 또는 양면에 워터젯을 분사하거나, 양면에 수압을 달리하여 분사하는 구성은 제품의 특성, 예를 들어 적층된 웹 시트의 두께 또는 인공피혁의 용도 등을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.
그리고 워터젯 공정을 거치지 않고 단순히 웹 시트들이 적층된 상태에서 워터젯을 분사하게 되면, 섬유 조직들이 압축되어 치밀해지면서 결합력 및 인열강도가 증가하게 된다. 그러나, 제1, 2, 3웹 시트가 모두 극세섬유로 이루어지기 때문에 일반적인 부직포에 비해 높은 신율과 인열강도를 모두 충족시킬 수 있게 된다.
상기 S4단계는 복합부직포 제조이후 천연피혁의 콜라겐 충진층으로, PU(폴리우레탄)로 함침 처리함으로써 역확을 할 수 있게 하는 단계이다.
이하에서는 본 발명에 따른 인공피혁용 기포 제조방법의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 길이가 12mm이고, 섬도가 0.3데니어인 PET 극세섬유를 물과의 중량비가 0.2~0.3%가 되도록 현탁한 후, 플레이트에서 시트 상으로 펼쳐 총중량이 155g/㎡인 wet-laid 부직포로 구성되는 제1,2웹 시트를 마련한다.
다음으로, 용융된 PET를 방사하여 0.4데니어인 필라멘트를 압출하여 중량이 155 g/㎡인 spunbond 부직포로 구성되는 제3웹 시트를 마련한다.
그 다음으로 제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층했으며, 그리고 적층된 웹 시트의 일면을 워터젯 장치에서 수압 250bar의 워터젯을 분사하여 수류교락하여 중량이 295g/㎡인 복합부직포를 제조한다.
그 다음으로, 복합부직포에 수지 고형분 농도 15%의 폴리우레탄수지를 통상적인 방법으로 함침하고 응고시켜 인공피혁의 제조를 완료하였다.
실시예 1에서 적층된 웹 시트의 일면을 워터젯 장치에서 수압 400bar의 워터젯을 분사하여 수류교락한 다음, 적층된 웹 시트를 뒤집어 그 타면에 수압 300bar의 워터젯을 분사하여 중량이 290g/㎡인 복합부직포를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인공피혁을 제조하였다.
[비교예 1]
길이가 12mm이고, 섬도가 2데니어인 PET 섬유를 물과의 중량비가 0.2~0.3%가 되도록 현탁한 후, 플레이트에서 시트 상으로 펼쳐 총중량이 165g/㎡인 제1,2웹 시트를 마련한다.
용융된 PET를 방사하여 2데니어인 필라멘트를 압출하여 중량이 165 g/㎡인 제3웹 시트를 마련한다.
제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층했으며, 적층된 웹 시트를 워터젯 장치에서 수압 400bar의 워터젯을 분사하여 수류교락하여 총중량이 310g/㎡인 복합부직포를 제조한다.
복합부직포에 수지 고형분 농도 15%의 폴리우레탄수지를 통상적인 방법으로 함침하고 응고시켜 인공피혁의 제조를 완료하였다.(극세아님,강도가 떨어짐)
[비교예 2]
섬도가 1.5데니어인 PET 필라멘트를 압출하여 총중량이 163 g/㎡인 제1, 2웹 시트를 마련한다.
용융된 PET를 방사하여 2데니어인 필라멘트를 압출하여 중량이 165 g/㎡인 제3웹 시트를 마련한다.
제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층했으며, 그리고 적층된 웹 시트를 워터젯 장치에서 수압 400bar의 워터젯을 분사하여 수류교락하여 총중량이 328g/㎡인 복합부직포를 제조한다.
복합부직포에 수지 고형분 농도 15%의 폴리우레탄수지를 통상적인 방법으로 함침하고 응고시켜 인공피혁의 제조를 완료하였다.(단섬유 아님, 신율이 떨어짐)
[비교예 3]
섬도가 1.5데니어인 PET 필라멘트를 압출하여 제1,2웹 시트의 중량을 합한 총중량이 163 g/㎡인 제1, 2웹 시트를 마련한다.
용융된 PET를 방사하여 2데니어인 필라멘트를 압출하여 중량이 165 g/㎡인 제3웹 시트를 마련한다.
제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층했으며, 적층된 웹 시트를 니들펀칭 장치에서 1,000회/분으로 니들펀칭하여 총중량이 280g/㎡인 복합부직포를 제조한다.
복합부직포에 수지 고형분 농도 15%의 폴리우레탄수지를 통상적인 방법으로 함침하고 응고시켜 인공피혁의 제조를 완료하였다.
실시예 및 비교예에 따라 제조된 부직포, 인공피혁에 대해 인장강도, 신율, 인열강도를 측정하였으며, 측정 규격은 JIS L 1906 부직포 측정방법을 이용하였으며, 인장강도 및 신율은 동 규격에서 Cut-Strip을 이용하고, 인열강도는 Tongue 법을 이용하였다.
복합부직포의 물성
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
중량(g/㎡) 295 290 310 328 280
인장강도
(kg/5cm)		 종 44.5 51.5 33.9 46.3 35.2
횡 42.8 45.1 32.6 43.6 34.9
신율
(%)		 종 32 34 28 20 21
횡 36 39 31 27 23
인열강도
(kgf)		 종 7.8 8.7 5.3 4.9 5.1
횡 7.4 7.8 4.9 4.1 3.9
인공피혁의 물성
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
중량(g/㎡) 384 377 403 426 364
인장강도
(kg/5cm)		 종 48.3 54.9 32.8 47.6 31.8
횡 42.8 48.6 30.7 44.9 30.2
신율
(%)		 종 31 32 25 18 19
횡 35 36 29 23 21
인열강도
(kgf)		 종 7.7 8.4 5.1 4.7 4.9
횡 7.1 7.6 4.7 3.9 3.6
표 1 및 표 2의 결과를 보면, 본 발명의 실시예의 경우, 인장강도와 인열강도와 신율 모두 비교예에 비해 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 인공피혁용 기포의 제조방법에 있어서,
    길이 3~15mm인 스테이플섬유로 이루어진 제1, 2웹 시트를 마련하는 단계와;
    필라멘트섬유로 이루어진 제3웹 시트를 마련하는 단계와;
    상기 제1웹 시트, 제3웹 시트 및 제2웹 시트를 순차적으로 적층하고, 상기 적층된 웹 시트에 워터젯을 분사하여 상호 수류 결합한 복합부직포를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 스테이플섬유 및 필라멘트섬유는 각각 섬도가 0.1~0.5데니어(D)인 극세섬유로 이루어지고,
    상기 복합부직포를 제조하는 단계에서 상기 워터젯은 상기 복합부직포의 일면 및 타면에 순차적으로 분사되며,
    상기 일면에 분사되는 워터젯의 분사압은 적어도 상기 타면에 분사되는 워터젯의 분사압보다 큰 것을 특징으로 하는 인공피혁용 기포 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2웹 시트는 상기 스테이플섬유를 물에 현탁시킨 후 플레이트 상에 펼쳐 시트 상으로 제조하고,
    상기 제3웹 시트는 필라멘트섬유를 압출한 다음, 열융착하여 제조하는 것을 특징으로 하는 인공피혁용 기포 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합부직포의 제1, 2웹 시트는 중량이 각각 35~100g/㎡이고, 제3웹 시트는 중량이 75~200g/㎡인 것을 특징으로 하는 인공피혁용 기포 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복합부직포는 상기 적층된 웹 시트를 워터젯 장치에서 수압 100~600bar의 워터젯을 분사하여 상기 스테이플섬유 및 필라멘트섬유가 상호 수류교락되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공피혁용 기포 제조방법.
  6. 제1항의 방법에 의해 제조되는 인공피혁용 기포.
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