KR100810653B1 - 인조피혁용 원단 및 이를 이용한 인조피혁 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인조피혁 및 그 제조방법에 관한 것으로, 인조피혁은 스펀본드(Spunbond) 부직포와 나노섬유 웹(nanofiber web)이 적층되어 형성되고, 그 인조피혁 제조방법은, 스펀본드 부직포 표면에 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및 상기 적층된 부직포와 나노섬유 웹으로 고압의 유체를 나노섬유 웹 쪽에서 부직포 쪽으로 분사하여 서로 결속시키는 워터펀칭 단계;를 포함하는 구성에 의해, 나노섬유의 표면효과와 촉감을 살릴 수 있고 보강포의 물성을 살려 천연피혁의 장점 및 특성을 확보할 수 있으며, 천연피혁의 밀도 구배를 따름으로써 천연피혁에 가까운 질감을 구현할 수 있고, 천연피혁의 단점인 부위별 불균일성을 해소할 수 있게 된다.

피혁, 부직포, 나노섬유, 워터펀칭

Description

인조피혁용 원단 및 이를 이용한 인조피혁 제조방법{Artificial leather and the method for manufacturing therof}

도 1은 통상의 나노섬유 웹의 일예를 나타낸 사진,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인조피혁을 나타낸 개념도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인조피혁용 원단을 나타낸 실물사진,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 인조피혁용 원단을 제조하는 워터제트 장치를 나타낸 개념도,

도 5 내지 도 9는 도 2에 도시된 인조피혁을 나타낸 실물사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스펀본드 부직포 20 : 나노섬유 웹

본 발명은 인조피혁용 원단에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노파이버 웹을 표면으로 하여 부드러운 촉감을 가지도록 하는 인조피혁용 원단에 관한 것이 다.

일반적으로 극세섬유를 이용하여 천연피혁의 질감을 얻고자 하는 노력은 예전부터 많이 이루어져 왔는데, 특히 해도형 섬유나 고분자 블랜드 방식의 극세화 가능 섬유 등을 사용하는 방법이 통용되고 있다.

그 예로서 한국특허등록 제247080호 "고밀도, 고강도 및 유연성이 우수한 인조피혁의 제조방법"을 보면 해도형 극세섬유와 고분자 블랜드 방식의 극세화 가능 섬유 사이에 보강포를 삽입하여 3층의 시트를 형성한 후 이를 니들펀칭하고 열수축시켜 기포를 얻어 이후 후가공하여 인조피혁을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또, 한국특허출원 제2000-10656호 "은면형 피혁 제조용 원단의 제조방법"을 보면 해도사가 0.2 ~ 0.05데니어로 극세화 가능한 원사로 만든 직편물을 보강포로 이용하고 이를 용출시켜 극세 가공한 다음 후가공하여 은면형 피혁 제조용 원단을 제조하는 방법이 개시되어 있다.

위 특허의 발명자들은 이들 방법으로 제조된 인조피혁은 촉감 및 유연성이 우수한 인조피혁을 얻을 수 있다고 설명하고 있다.

해도사를 이용하는 기술 중에서 진일보된 것으로 미국특허 6,767,853 "인조피혁용 피브러스 보강포 및 그를 이용한 인조피혁(Fibrous substrate for artificial leather and artificial leather using the same)"에 따르면 3 ~ 50개의 마이크로 극세섬유로 이루어진 파이0버 번들을 포함하는 인조피혁용 피브러스 보강포가 개시되어 있는데, 이것은 A)15개 이상으로 0.5데니어 이하의 평균 굵기를 갖는 신축성 고분자로 된 것과 B)나머지는 0.2데니어 이하의 평균 굵기를 갖는 비수축성 고분자로 된 비신축성 고분자로 된 것을 특징으로 하는 보강포이다. 해도사의 도성분의 일부분이 신축성 고분자로 되어 있음으로 인해 보다 뛰어난 인조피혁을 얻을 수 있다고 한다.

하지만 뛰어난 외관과 촉감이 우수하다 하더라도 원료비가 비싸고 제조공정이 복잡하다는 문제점은 계속되고 있다.

한편, 나노섬유 웹은 도 1에서 볼 수 있듯이 그 직경이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사가 랜덤하게 배치된 형태의 웹상의 물질로 고분자물질에 고전압 전기장을 가하는 전기방사(electrospinning) 방식으로 제조된다. 한국특허등록 제543489호에는 전기방사법의 생산 한계를 뛰어넘기 위해 일렉트로 블로잉을 이용하여 나노섬유를 양산하는 방법이 개시되어 있다.

이와 같이 제조된 나노섬유 웹은 표면이 매우 부드러워 그 촉감이 천연피혁 그 이상인데 일반적인 천연섬유나 합성섬유에 비해 기계적 물성에 한계를 가져 다양한 제품에 응용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 나노섬유 웹과 보강포가 견고하게 적층되어 결합된 인조피혁용 원단을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보강포와 나노섬유 웹를 용이하게 결합할 수 있고 인조피혁의 후처리공정을 간소화하거나 대체할 수 있고 나노섬유 웹의 단점을 보완할 수 있는 인조피혁 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 인조피혁용 원단은, 보강포와 나노섬유 웹이 적층되어 형성되되, 워터펀칭(waterpunching)에 의해 상기 보강포의 내부로 나노섬유 웹을 구성하는 나노섬유 일부가 침투하여 결합된 것을 특징으로 한다. 또한 그 인조피혁 제조방법은 보강포의 표면에 나노섬유 웹을 적층하는 단계 및 상기 적층된 보강포와 나노섬유 웹으로 고압의 유체를 나노섬유 웹 쪽에서 보강포 쪽으로 분사하여 서로 결속시키는 워터펀칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 적층단계에서, 나노섬유 웹을 복수겹으로 적층하는 것도 가능하다.

상기 보강포는 직물이나 편물 또는 단섬유 부직포, 멜트블론 섬유, 스펀본드 부직포에서 선택하여 사용할 수 있는데 강도 향상과 밀도 구배를 시트에 부여하기 위해서 보강포의 선택은 중요한 하나의 수단이 된다.

상기 나노섬유 웹은 전기방사나 이를 응용한 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있는데, 전기방사법으로 얻을 수 있는 나노섬유 웹의 평균 직경은 50nm ~ 5,000nm이지만, 100nm~2,000nm 인 것이 바람직하다. 이 나노섬유 웹의 성분은 전기방사 가능한 것으로 열가소성수지에만 제한되지 않고 열경화성 수지 등의 대개의 합성수지 모두 사용가능하므로 특별히 한정할 필요는 없으나, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리엘-락틱엑시드, 폴리글리콜알지네이트 및 이들의 공중합물 또는 유도체화합물 등이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인조피혁용 원단 및 인조피혁 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인조피혁용 원단은 보강포로서 스펀본드 부직포(10)를 사용한 것으로, 스펀본드 부직포(10)와 나노섬유 웹(20)이 적층되어 형성되되, 상기 스펀본드 부직포(10)의 내부로 나노섬유 웹(20)을 구성하는 나노섬유 일부가 침투하여 형성되어 있다.

특히, 본 실시예의 스펀본드 부직포는 분할형 섬유로 이루어진 것으로, 필라멘트 형태의 섬유를 방사하여 제조된 장섬유 부직포로서 그 단면 형상이 오렌지의 단면 형상을 하고 있는데 그 단면의 구성성분이 2가지 이상의 성분으로 이루어져 방사 후 물리적 힘을 가하거나 또는 한 가지 이상의 성분을 용출시키면 그 웹의 구성섬유가 부채꼴 단면을 갖는 한가닥씩 분리된 스펀본드 부직포이다.

상기 나노섬유 웹(20)은 평균 직경이 약 800nm인 것이다. 이 나노섬유 웹의 평균직경은 제한이 없으며 제조가능한 범위인 50nm에서 2,000nm의 평균직경을 갖는 나노섬유 웹을 적용할 수 있다.

상기 스펀본드 부직포(10)와 나노섬유 웹(20)은 각각 복수겹으로 구성할 수 있다. 이때, 나노섬유 웹(20) 보다 밀도가 낮은 조직의 스펀본드 부직포(10)들을 나노섬유 웹(20)으로부터 밀도가 높은 순서대로 밀도구배가 이루어지도록 스펀본드 부직포(10)들을 적층하게 되면, 천연피혁과 유사한 밀도구배를 구현할 수 있게 된다. 따라서, 이와 같이 구성된 원단으로 인조피혁을 제조하게 되면 천연피혁에 가까운 터치감과 질감을 구현할 수 있게 된다.

예를 들어, 스펀본드 부직포와 멜트블론 섬유를 적층하되, 스펀본드 부직포 보다 밀도가 높은 멜트블론 섬유를 스펀본드 부직포와 나노섬유 웹의 사이에 배치시키게 되면, 나노섬유 웹과 멜트블론 섬유 및 스펀본드 부직포가 순차적인 밀도구배를 이루게 된다.

도 3을 참조하면, 보강포로 직물을 선택하고, 평균직경 400nm의 나노섬유 웹이 결합된 인조피혁용 원단을 나타내고 있다.

이들 보강포와 나노섬유 웹은 워터펀칭 공정에 의해 결합된다.

상기 보강포와 나노섬유 웹으로 이루어지는 인조피혁용 원단을 제조하기 위해, 보강포와 나노섬유 웹을 적층하는 단계를 먼저 거쳐야 한다. 여기서, 상기 적층단계에서 각각 별도로 만들어진 보강포와 나노섬유 웹을 단순히 겹칠 수도 있으나, 보강포 위에 나노섬유 웹을 직접 방사하여 포집하는 경우, 보강포와 나노섬유 웹이 이 공정을 통해 접합되어 후속공정에 유리할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

상기 적층단계를 거친 후 적층된 보강포와 나노섬유 웹을 워터제트로 이동시켜 워터펀칭을 하는데, 도 3에 도시된 바와 같이 워트제트장치는 컬렉터 아래에 진공압을 걸어 둔 상태에서 워트제트에서 컬렉터 위의 보강포와 나노섬유 웹의 적층물에 고압의 물을 분사한다.

상기 워터펀칭 단계에서 나노섬유 웹이 보강포로 침투하도록 워트제트를 통해 나노섬유 쪽에서 보강포 쪽으로 고압의 물을 분사한다.

도 4는 드럼타입의 워터펀칭 장치의 예를 도시한 것으로 내부에 진공이 걸리는 드럼의 외주면을 따라 워터제트를 구비하여 컬렉터 위의 대상물에 고압의 물을 분사하도록 구성된 예이다. 이와 같은 구조의 장치를 사용할 경우 상부와 하부에 교차적으로 고압의 물을 분사할 수 있어 그 결속 방법을 다양하게 구성할 수 있다.

특히, 상기 분할형 스펀본드 부직포의 경우 하부에서 고압의 물을 분사함으로써 스펀본드 부직포가 잘 분할되게 해준다. 또한, 보강포의 상하 양측에 나노섬유 웹을 둔 경우에도 이 장치를 이용하여 결속시킬 수 있게 된다.

[실시예]

스펀본드 부직포(10)는 필라멘트(Filament) 형태인 스펀본드(Spunbond) 구조에 분할형의 극세섬유를 접목시킨 분할형 스펀본드(Splittable Spunbond) 부직포로, 웹(web) 형성 이후 워터펀칭(waterpunching) 공정에 의해 분할되어 필라멘트형 극세사 구조로 얇고 저중량의 물성을 갖는다.

아래의 표는 워터펀칭(waterpunching) 공정을 실시한 예이다.

스펀본드 부직포(10)로 워터펀칭이 되어 있는 제품(Nylon/PET)을 사용하고, 나노섬유 웹(20)으로 섬유직경 400nm와 800nm, 웹의 비중량 30gsm(g/m²)인 나일론 나노섬유 제품을 사용하였다. 직물, 편물, 니들펀칭 부직포 등을 보강포로 사용하여 동일 조건으로 워터펀칭을 실시하였고 인조피혁을 제조하였다.

워터제트의 분사압은 80 bar와 200bar 의 조건에서 실시하였다.

아래의 표 1에서 실시예 4는 나노섬유 웹(20) 사이에 스펀본드 부직포(10)가 위치하도록 적층하여 워터펀칭하였고, 실시예 7은 부직포를 니들펀칭기로 프리펀칭을 실시한 후 나노섬유 웹과 함께 워터펀칭하여 인조피혁을 제조하였다.

[표 1]

실시예	지지체	나노섬유 웹	워터펀칭 [회]	워터펀칭 압력 [bar]	섬유경 [nm]
1	직물	상	1	200	400
2	분할사부직포		1		800
3	"		2
4	"	상,하	2
5	"	상	1	80
6	직물		1
7	프리펀칭부직포		1
8	편물		1

도 5 내지 도 9는 상기 워터펀칭(waterpunching) 공정을 실시한 실시예의 단면을 확대하여 촬영한 실물사진이다.

도 5 및 도 6을 보면, 200 bar의 높은 수류압력으로 연속적으로 워터펀칭(waterpunching)한 자국(화살표로 가리키는 부분)을 확인할 수 있다. 소정간격을 두고 형성된 줄무늬가 워터펀칭(waterpunching) 공정에 의해 형성된 것이다.

도 7은 80 bar의 수류압력으로 워터펀칭한 실시예의 표면사진이다. 불연속적인 워터펀칭으로 펀칭점이 일정 간격을 지니고 있지만 표면에 물자국이 남아 있으며 나노섬유 웹과 보강포가 충분하게 교락되어 있다.

도 8을 보면, 나노섬유 웹(20)의 일부(21)가 스펀본드 부직포의 표면 내부로 침투되어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 수압에 의해 나노섬유 웹(20)의 일부(21)가 스펀본드 부직포의 표면을 밀고 들어가 쐐기와 같은 형상으로 관입된 것이다. 스펀본드 부직포의 표면으로 관입된 쐐기 형상의 나노섬유 웹(20) 일부(21)는 미세 조 직 간의 강한 결합력을 갖게 된다.

도 9는 스펀본드 부직포(10)에 관입된 나노섬유 웹(20)의 쐐기 형상(21)을 개략적으로 형상화하여 나타낸 것이다.

아래의 표 2에 본 실시예의 인장강도 테스트 결과를 나타내었다.

나노섬유 웹의 인장강도 측정규격 : KSM7015 "종이 및 판지-인장 강도 특성의 측정 - 제2부 : 정속 신장률법"

[표 2]

항 목	Test Method
시편	15*250 mm 직사각형 모양
클램프 간격	180 mm
Test speed	60 mm/min (20~200 mm/min)
Test 회수	3 회
Remarks	Ref. ISO 1924-2:1994 standard

* Instron사 3343 Single Column Materials Testing System, Capacity 1 kN

[섬유직경별 워터펀칭]

위의 표 1에 도시된 바와 같이, 400nm 섬유경을 지닌 나노섬유 웹과 800nm의 나노섬유 웹 모두 워터펀칭을 이용한 상하 교락이 효과적으로 이루어졌으며 층간 박리가 되지 않음을 확인하였다.

[워터펀칭의 수류압력 및 회수]

[표 3]

실시예	인조피혁 구성	Max. P (bar)	Tensile strength (N/mm2)	Strain (%)
2	나노섬유 웹 + 부직포	200	12.0	80.6
3	나노섬유 웹 + 부직포 2회 워터펀칭	200	13.2	101.1

상기 [표 3]와 같이, 워터펀칭을 1회 실시한 실시예 2와 2회 실시한 실시예 3의 값을 보면 워터펀칭을 많이 실시해 줄수록 많은 교락력이 부여되면서 강도와 신도 등 인장특성이 더욱 우수해지는 것을 확인할 수 있다. 워터펀칭을 강하게 해 주고 많이 할수록 나노섬유 웹과 부직포의 교락력은 증가하여 인장특성이 향상된다.

[다양한 보강포의 가능성]

[표 4]

실시예	인조피혁 구성	Max. P (bar)	Tensile strength (N/mm2)	Strain (%)
6	나노섬유 웹 + 직물	80	42.9	27
8	나노섬유 웹 + 편물	80	18.1	59

[표 4]를 참조하면, 워터펀칭이 되어 있는 스펀본드 부직포의 보강포 자체만으로도 인조피혁의 인장 성능을 충분하게 발휘하고 있다. 또한 직물과 편물을 사용한 실시예 6과 8의 경우 스펀본드 부직포와 나노섬유 웹을 결합한 실시예 2에 비하여 직물과 나노섬유 웹의 결합물은 4배, 편물과 나노섬유 웹의결합물은 2배에 이르는 인장특성의 향상이 있다. 우수한 기계적인 특성과 함께 나노섬유 웹에 의해 천연피혁과 같은 표면 느낌 등 여러 장점을 동시에 지닌다. 이와 같이 다양한 성능의 보강포를 사용하여 용도별 최적 성능을 지닌 인조피혁 제조가 가능하다.

이상의 시험결과를 종합하면, 표면의 부드러움은 나노섬유만을 사용할 경우 가장 우수하였고, 스펀본드 부직포의 보강포만으로도 인조피혁의 인장특성은 충분하게 발현되었으며, 보강포와 나노섬유가 복합된 시료는 두 가지 특성을 살릴 수 있음을 볼 수 있다. 또한 다양한 보강포를 사용함으로써 용도별 최적 성능을 지닌 인조피혁을 제조할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 인조피혁 및 그 제조방법에 의하면, 나노섬유의 표면효과와 촉감을 살릴 수 있고 보강포의 물성을 살려 천연피혁의 장점 및 특성을 확보할 수 있으며, 천연피혁의 밀도 구배를 따름으로써 천연피혁에 가까운 질감을 구현할 수 있고, 천연피혁의 단점인 부위별 불균일성을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 보강포와 나노섬유 웹이 적층되어 형성되되, 워터펀칭(waterpunching)에 의해 상기 보강포의 내부로 나노섬유 웹을 구성하는 나노섬유 일부가 침투하여 결합되고,

   상기 보강포는 직물이나 편물 또는 단섬유 부직포, 스펀본드 부직포 중에서 선택된 하나 또는 2개 이상의 조합으로 이루어며,

   상기 나노섬유 웹은 그 웹을 구성하는 섬유가 각각 랜덤하게 분포하여 얽혀 있는 형상으로, 그 평균직경이 100nm~1,000nm이고, 그 평량은 5~100gsm 인 것을 특징으로 하는 인조피혁용 원단.
3. 제2항에 있어서, 상기 나노섬유 웹은 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리엘-락틱엑시드, 폴리글리콜알지네이트 및 이들의 공중합물 또는 유도체화합물에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁용 원단.
4. 제2항에 있어서, 상기 단섬유 부직포는 멜트블론 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁용 원단.
5. 제2항에 있어서, 상기 스펀본드 부직포는 분할형 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁용 원단.
6. 제2항에 있어서, 상기 보강포 하부에 또 다른 나노섬유 웹을 워터펀칭으로 결합시킨 것을 특징으로 하는 인조피혁용 원단.
7. 삭제
8. 삭제
9. 직물이나 편물 또는 단섬유 부직포, 스펀본드 부직포로 이루어진 그룹에서 선택된 보강포와 평균직경이 100nm~1,000nm이고 평량은 5~100gsm이며 구성하는 섬유가 각각 랜덤하게 분포하여 얽혀 있는 형상인 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및 상기 적층된 보강포와 나노섬유 웹으로 유체를 분사하여 서로 결속시키는 워터펀칭(waterpunching) 단계;를 포함하는 인조피혁 제조방법에 있어서,

   상기 보강포와 나노섬유 웹을 적층하는 단계에서, 나노섬유 웹 쪽에 가까울수록 밀도가 높은 보강포가 위치하도록 밀도가 서로 다른 복수개의 보강포를 순차적으로 배치하는 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 보강포로 스펀본드 부직포와 멜트블론 섬유를 선택하고, 상기 멜트블론 섬유를 나노섬유 웹과 상기 스펀본드 부직포의 사이에 배치하는 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.
11. 삭제
12. 제9항에 있어서, 상기 나노섬유 웹은 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리엘-락틱엑시드, 폴리글리콜알지네이트와 이들의 공중합물 또는 그 유도체화합물 에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 단섬유 부직포는 멜트블론 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 스펀본드 부직포는 분할형 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.
15. 제9항에 있어서, 상기 보강포 하부에 또다른 나노섬유 웹을 추가하여 워터펀칭하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 인조피혁 제조방법.

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