KR20180060536A - Tpu 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 실리카(바람직하게는, 5~30㎚의 입자 크기를 가지는 나노 실리카)를 함유한 열가소성 폴리우레탄 원사를 분사로 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 제조함으로써 열과 압력에 의한 몰딩 성형성이 뛰어나 샌드위치 매쉬에 다양한 디자인의 입체(3D) 패턴을 형성할 수 있도록 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법을 제시한다.

Description

TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법{Manufacturing method of sandwich mesh fabric, using TPU yarn}

본 발명은 3층을 구성된 샌드위치 메쉬 원단(Sandwich Mesh)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 실리카(바람직하게는, 5~30㎚의 입자 크기를 가지는 나노 실리카)를 함유한 열가소성 폴리우레탄 원사를 분사로 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 제조함으로써 열과 압력에 의한 몰딩 성형성이 뛰어나 샌드위치 매쉬에 다양한 디자인의 입체(3D) 패턴을 형성할 수 있도록 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 통상의 더블 라셀기로 직조된 샌드위치 메쉬 원단은 쿠션감, 볼륨감, 통기성 등이 뛰어나 다양한 산업분야에 사용되고 있으며, 예를 들어 차량용 좌석 시트나 쿠션용 시트 등에 사용되며, 요즘에는 신발용 갑피 원단으로도 사용되고 있다.

이러한 샌드위치 메쉬 원단(Sandwich Mesh)은 통상 3층으로 구성되며, 일반적으로 위층과 아래층에는 모두 일반 원사(예를 들어, PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 등)를 사용하고, 쿠션감이나 볼륨감을 가지는 중간층 역시 일반 원사를 가공한 분사를 사용하며, 이들을 더블 라셀기를 사용하여 직조하여 샌드위치 메쉬 원단을 제조하고 있다. 이런 구조로 인해 부드러운 촉감과 쿠션감으로 특히 발과 직접 접촉하는 부위가 많은 신발 갑피용으로 널리 사용되고 있다.

한편, 최근에는 다양한 디자인을 요구하는 일반 소비자들의 선호에 의해 샌드위치 메쉬 원단에 다양한 형태의 디자인을 부여하려는 노력을 많이 시도하고 있는데, 이를 위해서는 샌드위치 메쉬에 고주파 몰딩 작업을 통한 다양한 패턴을 형성하는 방법을 많이 사용한다.

하지만, 상기와 같이 종래의 샌드위치 메쉬 원단은 쿠션층(즉, 중간층)에 사용되는 분사의 원재료가 일반 원사(예를 들어, PET, 나일론 등)이기 때문에 녹는점이 높아, 구체적으로는 도 1에서 보는 바와 같이 분사로 사용하는 일반 원사들의 융점이 250℃ 이상으로 높아서 성형이 되지 않아 고주파 몰딩 작업이 어렵게 되고, 이로 인해 입체(3D) 효과 등 열과 압력을 이용한 몰딩 효과가 어려울 뿐만 아니라 다양한 패턴의 디자인을 샌드위치 메쉬 원단에 구현할 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 아래의 특허문헌 1에 개시된 "더블 라셀 편물로 이루어진 기능성 원단"과 특허문헌 2에 개시된 "친환경 시트 원단 및 이의 제조방법" 역시 위에서 보았듯이 샌드위치 메쉬 원단의 위층과 아래층 및 중간층 모두 일반 원사로만 이루어져 있기 때문에 분사로 사용되는 일반 원사들의 융점이 높아 성형이 되지 않아서 고주파 몰딩 작업이 어려워 역시 도 1과 같이 다양한 패턴의 디자인과 입체 효과를 구현할 수 없는 문제점을 야기하고 있다.

등록특허공보 등록번호 제10-1540770호(발명의 명칭: 더블 라셀 편물로 이루어진 기능성 원단. 공고일자: 2015년 07월 31일) 공개특허공보 공개번호 제10-2009-0034605호(발명의 명칭: 친환경 시트 원단 및 이의 제조방법. 공개일자: 2009년 04월 08일) 등록실용신안공보 등록번호 제20-0275492호(고안의 명칭: 보풀이 형성된 샌드위치 메쉬. 공고일자: 2002년 05월 11일) 공개실용신안공보 공개번호 제20-1993-4876호(고안의 명칭: 스판 샌드위치 메쉬 직물지. 공개일자: 1993년 03월 20일)

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 사용하여 샌드위치 메시 원단을 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 샌드위치 매쉬 원단을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 샌드위치 메쉬 원단에 다양한 디자인의 입체(3D) 패턴을 형성할 수 있는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 위층과 아래층 및 중간층으로 구성된 샌드위치 메쉬 원단에 있어서, 상기 중간층은 5~30㎚의 입자 크기를 가지는 나노 실리카를 함유한 TPU 원사로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사는 다양한 컬러(color)로 이루어지며, 두께는 40~150 데니아(denier) 임을 특징으로 한다.

본 발명은 위층과 아래층 및 중간층으로 구성된 샌드위치 메쉬 원단을 제조하는 방법에 있어서, 상기 위층은 PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 중에서 선택된 어느 하나의 원사로 이루어지며; 상기 중간층은 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사로 이루어지며; 상기 아래층은 PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 중에서 선택된 어느 하나의 원사로 이루어지며; 상기 원사들을 통상의 더블 라셀기 또는 환편기를 사용하여 직조하는 과정으로 샌드위치 메쉬 원단을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 위층과 아래층은 일반 원사를 사용하고 중간층의 분사는 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사를 이용하여 통상의 더블 라셀기 또는 환편기로 직조함으로써 고주파 몰딩 작업을 통한 다양한 입체 패턴의 디자인을 샌드위치 메쉬 원단에 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 샌드위치 메쉬 원단을 직조할 때 아래층과 분사를 다양한 컬러 원사로 사용하게 되면 고주파 몰딩 작업 후 다양한 컬러의 패턴을 샌드위치 메쉬 원단에 형성할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 통상적인 샌드위치 메쉬 원단에 고주파 몰딩 작업 후, 몰딩이 흐릿하여 패턴이 명확하지 않는 모습을 보여주고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 사용한 샌드위치 메쉬 원단에 고주파 몰딩 작업 후, 명확하게 패턴이 형성된 모습을 보여주고 있는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 위층은 블루 컬러(blue color) 일반 원사를 사용하고, 분사는 나노 실리카를 함유한 레드 컬러(red color) TPU 원사를 사용하고, 아래층은 레드 컬러(red color) 일반 원사를 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 직조한 후, 고주파 몰딩 작업을 했을 때 샌드위치 메쉬 원단의 형태를 보여주고 있는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 위층은 엘로우 컬러(yellor color) 일반 원사를 사용하고, 분사는 나노 실리카를 함유한 오렌지 컬러(orange color) TPU 원사를 사용하고, 아래층은 오렌지 컬러(orange color) 일반 원사를 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 직조한 후, 고주파 몰딩 작업을 했을 때 샌드위치 메쉬 원단의 형태를 보여주고 있는 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 다양한 TPU 코팅사 및 TPU 모노필라멘트, 멀티필라멘트 원사의 가공 기술을 바탕으로 TPU 원사(구체적으로는, 모노필라멘트, 멀티필라멘트 원사)를 사용하여 샌드위치 메쉬 원단의 쿠션층(즉, 중간층)에 사용되는 분사를 가공한 후, 이를 샌드위치 메쉬 원단에 적용함으로써 완성된 샌드위치 메쉬 원단의 입체(3D) 패던 가공시 TPU 분사의 우수한 몰딩 성형성에 의해 일반 소비자가 원하는 다양한 디자인을 발현할 수 있도록 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단 및 그 제조방법을 구현하고자 한다.

구체적으로는, 본 발명은 5~30㎚의 입자 크기를 가지는 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 제조함으로써 3D 효과 등 열과 압력을 이용한 몰딩 효과를 내기 쉬워 다양한 패턴의 디자인을 샌드위치 메쉬 원단에 형성할 수 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 아래층과 중간층(즉, 분사)를 다양한 컬러(color) 원사로 사용하여 직조함으로써 고주파 몰딩 작업 후 분사 및 아래층의 원사의 컬러가 위층으로 올라와 샌드위치 메쉬 원단에 다양한 3D 패턴 및 다양한 컬러를 구현할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 사용하고, 상기 샌드위치 메쉬 원단의 위층과 아래층은 PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 등 모든 일반 원사를 사용함으로써 본 발명에서 구현하고자 하는 목적 및 작용효과를 달성할 수 있다.

이때, 상기 분사로 사용되는 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사는 40~50 데니아(denier)의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 특히 본 발명자가 2016. 10. 24. 특허출원한 제10-2016-0138458호(발명의 명칭: 나노 실리카를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사용 수지 및 이를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법)에 개시된 기술구성을 토대로 제조된 TPU 원사를 사용한다. 아래에서는 상기 특허출원 제10-2016-0138458호에 개시된 기술구성을 구체적으로 설명하고자 한다.

본 발명에서 샌드위치 메쉬 원단을 직조할 때 사용되는 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 제조하는 방법을 구체적으로 제시하고 있다.

5~30nm의 입자 크기를 가지는 나노 실리카 파우더를 TPU 펠렛 중합시 사용되는 액상 상태의 원료인 Polyol, Isocyanate, Short chain glycol 중에서 어느 하나에 투입하여 충분히 교반한 후 TPU 펠렛 중합하여 TPU 원사용 수지를 제조한다. 이때, 상기 나노 실리카 함량은 최대 10%를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 만약 10% 이상을 투입시에는 교반이 어려워지는 단점이 있다.

또한, 5~30nm의 입자 크기를 가지는 나노 실리카 파우더를 일반 TPU에 농축하여 컴파운드한 마스터배치를 제조한 다음, 이를 TPU 수지에 함령별 투입하여 컴파운드하여 TPU 원사용 수지를 제조할 수 있다. 이때, 나노 실리카와 TPU를 컴파운드하여 마스터배치를 제조할 때, 상기 나노 실리카의 함량을 최대 40중량%를 초과하지 않게 되는데, 만약 상기 나노 실리카를 40중량% 이상을 투입하게 되면 TPU와 컴파운드가 되지 않아 마스터배치를 제조할 수 없게 될뿐더러 TPU 원사를 제조할 수 없는 문제점이 발생한다. 따라서, 5~30nm 입자 크기의 나노 실리카를 TPU와 컴파운드할 때, 최대 40중량%를 투입하게 되는데, 가장 이상적인 마스터배치를 제조하기 위해서는 나노 실리카의 함량이 30중량%가 바람직하다.

아래에서는, 1) 나노 실리카를 TPU 중합시에 액상 원료에 투입하여 TPU 원사용 수지를 제조하는 방법과 2) 나노 실리카와 TPU를 컴파운드하여 마스터배치를 제조하는 방법 및, 그리고 3) 상기 TPU 원사용 수지 또는 마스터배치를 사용하여 코어가 없는 단독 형태의 TPU 원사를 제조하는 방법을 각각 구체적으로 설명한다.

1. TPU 원사용 수지를 제조하는 방법

▶ 1단계: 통상적인 TPU 펠렛 중합을 위한 액상 원료를 준비하는데, 구체적으로는 Polyol, Isocyanate, Short chain glycol을 준비한다.

▶ 2단계: 상기 1단계에서 제시한 액상 원료 중에서 어느 하나를 선택하여 5~30nm의 나노 실리카 파우더를 투입하고, 이를 혼련시킨다. 이때 온도는 80~100℃이며, 교반속도는 20~30rpm이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명에서는 나노 실리카를 폴리올과 혼합시킨 다음, 이를 혼련시켰다.

▶ 3단계: 상기 2단계에서 나노 실리카가 충분히 분산된 액상 원료와 나머지 두가지 원료를 동시에 반응형 압출기에 투입하여 TPU 펠렛 중합시킨다.

▶ 4단계: 상기 3단계에서 중합된 TPU 펠렛을 건조 및 숙성시켜 TPU 원사용 수지를 제조한다.

2. 마스터배치(master batch)의 제조방법

▶ 1단계: 위에서 제시한 TPU(예를 들어, virgin TPU나 TPU 스크랩 혹은 이들을 혼합한 TPU 등)와 30nm 이하(바람직하게는, 5~30nm 입자 크기)의 나노 실리카를 함량별로 계량한다. 이때, 상기 나노 실리카의 함량이 최대 40중량%가 초과하지 않도록 한다.

▶ 2단계: 상기 나노 실리카와 TPU를 통상의 니더(kneader)에 투입한 다음, 이를 100~120℃의 온도에서 20~30rpm의 속도로 혼련시킨다.

▶ 3단계: 나노 실리카와 혼련된 TPU를 냉각시킨 후, 이를 직경이 10mm 미만이 되도록 분쇄시킨 다음, 이를 다시 통상의 이축 압출기(twin extruder)에 재투입한다. 이때 상기 이축 압축기의 온도는 150~200℃이다.

▶ 4단계: 이축 압출기에서 컴파운드(compound)된 수지를 15~20℃의 냉각수에 투입하면서 펠렛(pellet) 형태로 만든다.

▶ 5단계: 전술한 1단계~4단계를 거치면서 제조된 마스터배치를, 구체적으로는 펠렛 형태로 만들어진 마스터배치를 통상적인 방법으로 건조 및 숙성시킨다.

▶ 6단계: 상기와 같은 방법으로 제조된 마스터배치와 통상의 TPU와 혼합하고, 이를 컴파운드하여 원사 가공용 TPU 수지를 제조한다.

3. 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 제조하는 방법

▶ 1단계: 원사 가공용으로 준비된 펠렛(pellet: 구체적으로는, ① 나노 실리카가 배합된 TPU 원사용 수지, 또는 ② 나노 실리카가 배합된 마스터배치와 TPU를 혼합하고 컴파운드하여 제조된 TPU 수지)을 통상의 원사 가공용 압출기에 넣고, 이를 170~230℃의 온도에서 용융 압출시킨다.

▶ 2단계: 압출기에서 용융 압출한 다음, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실(TPU 원사)을 25~40℃의 냉각수에서 냉각시킨다.

▶ 3단계: 상기 냉각된 실을 연신시킨다. 이때, 최대 7배 정도로 연신하는데, 7배 이상 연신을 하였을 때는 끊어지는 현상이 발생하였다.

▶ 4단계: 연신된 실을 통상의 히터 챔버(heat chamber)에서 150~160℃의 온도로 숙성(annealing)시킨다.

▶ 5단계: 숙성된 실을 권취함으로써 본 발명에서 구현하고자 하는 50 데니아 이하의 TPU 원사를 제조한다. 즉, TPU 원사의 코어에 해당하는 폴리에스테르나 나일론 등을 사용하지 않으면 물론 이들의 표면에 코팅 처리하지도 않고 단독으로 50 데니아 이하의 TPU 원사를 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 사용하면서 통상적인 직조방법, 예를 들어 더블 라셀기 또는 환편기 등을 이용하여 직조하여 샌드위치 메쉬 원단을 제조한다. 상기의 더블 라셀기 또는 환편기를 사용하여 원단을 직조하는 방법 및 장치 등은 이미 다양하게 공지되어 있으므로 본 발명의 상세한 설명에서는 생략하기로 하며, 본 발명에서는 직조 형상이나 방법 및 장치 등에 대해서는 한정하지 않고 이미 공지된 모든 직조 방법이나 장치 등을 이용하여 본 발명에 적용할 수 있다.

한편, 상기와 같이 나노 실리카를 함유한 TPU 원사를 분사로 이용하고, 통상의 장치와 직조 방법(예를 들어, 더블 라셀기 또는 환편기를 사용하여 직조)하여 제조된 본 발명의 샌드위치 메쉬 원단을 고주파 몰딩 작업을 하게 되면 다양한 패턴의 디자인을 형성할 수 있음은 물론 입체(3D) 효과를 얻을 수 있다. 이는 나노 실리카를 함유한 TPU 원사가 융점이 매우 낮아, 바람직하게는 170~200℃ 정도의 융점을 가지고 있기 때문에 고주파 몰딩 작업시에 분사(즉, 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사)가 열과 압력에 의해 쉽게 녹아서 눌려진 부분이 선명하게 드러나게 되어 입체(3D) 효과를 창출할 수 있음은 물론 다양한 패턴의 디자인을 얻을 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 샌드위치 메쉬 원단에 고주파 몰딩 작업을 하게 되면, 명확하게 패턴이 드러나는 것을 육안으로 확인할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 샌드위치 메쉬 원단을 제조할 때, 아래층의 원사와 중간층의 분사를 다양한 컬러(color)로 배열하게 되면 고주파 몰딩 작업 후, 분사 및 아래층의 컬러가 위층으로 올라와서 샌드위치 메쉬 원단에 다양한 컬러를 구현할 수 있다.

즉, 도 3에서 보는 바와 같이 위층 원단은 블루 컬러(blue color) 일반 원사를 사용하고, 분사는 나노 실리카를 함유한 레드 컬러(red color) TPU 원사를 사용하고, 아래층 원단은 레드 컬러(red color) 일반 원사를 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 직조한 후, 고주파 몰딩 작업을 하게 되면 샌드위치 메쉬 원단은 전체적으로 블루 컬러를 띄면서 고주파 몰딩 작업을 한 곳에는 레드 컬러가 올라오게 되고 이와 동시에 선명한 패턴이 형성되어진다.

또한, 도 4에서도 보는 바와 같이 위층 원단은 엘로우 컬러(yellor color) 일반 원사를 사용하고, 중간층에 해당하는 분사는 나노 실리카를 함유한 오렌지 컬러(orange color) TPU 원사를 사용하고, 아래층 원단은 오렌지 컬러(orange color) 일반 원사를 사용하여 샌드위치 메쉬 원단을 직조한 후, 고주파 몰딩 작업을 하게 되면 샌드위치 메쉬 원단은 전체적으로 엘로우 컬러를 띄면서 고주파 몰딩 작업을 한 곳에서는 오렌지 컬러가 올라오게 됨과 동시에 성명한 패턴이 눌려져서 형성된다.

이때, 고주파 몰딩 조건은 통상적인 조건으로서, 예를 들어 온도는 140~180℃이고, 가열시간(heating time)은 10~20초이며, 냉각시간(cooling time)은 5~15초 정도이다.

Claims (5)

1. 위층과 아래층 및 중간층으로 구성된 샌드위치 메쉬 원단에 있어서,
   상기 중간층은 나노 실리카를 함유한 TPU 원사로 이루어짐을 특징으로 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노 실리카는 5~30㎚의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사는 컬러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사는 40~150 데니아의 두께임을 특징으로 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단.
5. 위층과 아래층 및 중간층으로 구성된 샌드위치 메쉬 원단을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 위층은 PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 중에서 선택된 어느 하나의 원사로 이루어지며;
   상기 중간층은 나노 실리카를 함유하는 TPU 원사로 이루어지며;
   상기 아래층은 PET, 나일론, 스판덱스, TPU 코팅사, TPU 원사 중에서 선택된 어느 하나의 원사로 이루어지며;
   상기 원사들을 통상의 더블 라셀기 또는 환편기를 사용하여 직조하는 과정으로 샌드위치 메쉬 원단을 제조하는 것을 특징으로 하는 TPU 원사를 이용한 샌드위치 메쉬 원단의 제조방법.

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