[논문]고탄성 특성을 보유한 친환경 우븐 바닥재에 관한 연구(II) - TPU 코팅사 및 바닥재의 특성-

이선희

doi:10.5805/ksci.2012.14.4.635

고탄성 특성을 보유한 친환경 우븐 바닥재에 관한 연구(II) - TPU 코팅사 및 바닥재의 특성-
Development of Eco-friendly Woven Floor Mat with High Resilience II - Characterization of TPU Coating Yarn and Floor Mat - 원문보기

한국의류산업학회지 = Journal of the Korean Society for Clothing Industry, v.14 no.4, 2012년, pp.635 - 640

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In this study, thermoplastic urethane (TPU) coating yarns were prepared at various extruding temperatures. The fine structure and mechanical properties of resultant TPU coating yarns examined by the wide angle X-ray diffractometer (WAXD), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), and tensile test. TPU coating yarns (prepared at extruding temperatures at $175^{\circ}C$) were confirmed as a stable fine structure that obtained excellent tensile strength and flexibility. The C samples prepared by optimized conditions made by TPU woven floor mat. The structure of the woven mat is $4{\times}4$ basket weave and have laminated with the EVA foam to obtained final TPU woven floor mat products. The resultant TPU woven floor mat was obtained to 1.5MN of tensile strength, 22% of the elongation, and 0.2MN of tear strength. The weight loss abrasion and the resilience by the ball rebound of the TPU-woven floor mat was prior to those of the PVC subsequently, we were able to develop a woven floor mat with TPU coating yarn and produce an eco-friendly high valuable woven floor mat using an interior product.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉, 코팅사 제조시 공정별 최적 생산조건 및 시스템을 확립하기 위하여, 압출온도조건별로 제조된 TPU 코팅사의 결정구조, 열분석 및 동적점탄성 특성을 분석하고자 한다. 또한 최적의 물성을 갖는 TPU 코팅사로 제직한 TPU 직물과 바닥재의 인장강신도, 마모강도 및 반발탄성도 등의 물성 분석 등의 성능평가를 하고자 한다.
본 연구는 압출 온도조건에 따른 TPU 소재의 코팅사를 제조하고, 이를 이용한 TPU 바닥재 제품을 개발하기 위한 기초 연구를 행한 것이다.
본 연구에서는 고탄성 특성을 가진 TPU 소재를 PET에 코팅하여 TPU 코팅사의 물성을 분석하고, 적정조건의 코팅사를 이용한 한 바닥재용 직물을 EVA 소재의 하부판과 TPU 직물을 접착한 바닥재 제품의 제품특성을 평가하고자 한다. 즉, 코팅사 제조시 공정별 최적 생산조건 및 시스템을 확립하기 위하여, 압출온도조건별로 제조된 TPU 코팅사의 결정구조, 열분석 및 동적점탄성 특성을 분석하고자 한다.
본 연구에서는 고탄성 특성을 가진 TPU 소재를 PET에 코팅하여 TPU 코팅사의 물성을 분석하고, 적정조건의 코팅사를 이용한 한 바닥재용 직물을 EVA 소재의 하부판과 TPU 직물을 접착한 바닥재 제품의 제품특성을 평가하고자 한다. 즉, 코팅사 제조시 공정별 최적 생산조건 및 시스템을 확립하기 위하여, 압출온도조건별로 제조된 TPU 코팅사의 결정구조, 열분석 및 동적점탄성 특성을 분석하고자 한다. 또한 최적의 물성을 갖는 TPU 코팅사로 제직한 TPU 직물과 바닥재의 인장강신도, 마모강도 및 반발탄성도 등의 물성 분석 등의 성능평가를 하고자 한다.

제안 방법

TPU 바닥재 제품 특성분석: 개발된 TPU 직물과 EVA 하판을 라미네이팅하여 제작한 TPU 바닥재 제품의 특성분석을 다음의 항목 및 조건으로 측정하였다. 바닥재 표면특성을 알아보기 위하여 영상 현미경(NT 1000, NEXTEC, Korea)을 이용하여 촬영하였다.
TPU 바닥재 제품: TPU 코팅사를 사용하여 TPU 직물을 제직하였고, 이때 4×4의 바스켓 조직으로 직물밀도는 24×24/inch 로 설계하였다.
TPU 코팅 원사 특성분석: 결정구조분석을 위해서 Rigaku제의 D/max-III-A X-선 회절장치를 이용하여 Cu-K α 선에 의한 각 시료의 X-선 회절곡선을 얻었다.
TPU 코팅사를 이용하여 2×2 바스켓 조직으로 제직하였고, EVA 하판과 라미네이팅하여 최종 TPU 바닥 재를 제작하였다.
가장 적절한 조건의 TPU 코팅사인 C 시료를 사용하여 4×4 바스켓조직을 갖는 바닥재 직물을 제직하였으며, 하판부를 EVA 로 합포공정을 행하여 최종 TPU 바닥재 제품을 제조하였다.
각 TPU 사출 공정시 온도조건을 달리하여 3종의 TPU 코팅 사를 제조하고, 얻어진 TPU 코팅사의 결정구조, 열분석, 동정 점탄성거동을 분석하였다. C 시료의 경우 미결정 사이즈가 작게 나타나는 것으로, 미세구조의 발달이 미미한 것으로 볼 수 있다.
이때 시료무게는 3 mg이었다. 동적점 탄성분석은 Rheometric scientific 사의 동적점탄성기(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer: DMTA)를 이용하여 N 2 기체 분위기에서 속도 4℃/min으로 실시하였며, 이때 시료 길이는 2cm이었고, 1 Hz에서 측정하였다. 인장특성은 KS K ISo5079에 준하여 Shimadzu사의 S-100 Autograph를 이용하였으며, 연신속도 10mm/min의 조건으로 코팅사의 강도와 신도, 탄성률을 측정하였다.
TPU 바닥재 제품 특성분석: 개발된 TPU 직물과 EVA 하판을 라미네이팅하여 제작한 TPU 바닥재 제품의 특성분석을 다음의 항목 및 조건으로 측정하였다. 바닥재 표면특성을 알아보기 위하여 영상 현미경(NT 1000, NEXTEC, Korea)을 이용하여 촬영하였다. 바닥재 제품의 역학적 특성을 알아보기 위해 KS K 0521에 준하여 스트립법으로 인장강도와 신도를 얻었고, KS K 0796에 준하여 인열강도를 측정하였다.
이 때 시료는 자오선 방향으로 두고, 측정각 범위는 5-40^o로 하였다. 열분석을 행하기 위해 시차주사열량분석(Differential Scanning Calorimetry: DSC)은 TA 제의 DSC 2910을 이용하여 N 2 기체 분위기에서 속도 20℃/min으로 실시하였다. 이때 시료무게는 3 mg이었다.
내마모 특성을 알아보기 위하여 KS 0615에 준하여 측정하였다. 이 때 하중은 1000g, 시험횟수는 3000회를 행하였으며, 마모 전후 직물의 마모손실량을 측정하였다. 바닥제 제품의 탄성도를 알아보기 위해 KS M ISo8307에 준하여 볼 반발탄 성을 측정하였다.
이것을 직물 상판부로 사용하고, EVA하판부를 라미네이팅 공정을 통해 합포하여 TPU 바닥재 제품을 얻었다. 이때 얻어진 TPU 직물의 표면 특성 및 인장강신도, 인열강도, 마모손실량 및 볼반발탄성등의 제품의 특성을 기존 PVC 바닥재와 비교하여 살펴보았다.
이때 투하추의 무게는(16.3±1.5)g, 지름은 (16±0.5)mm이었으며, 낙하높이는(500±0.5)mm의 조건으로 행하 였으며, 이 때 볼이 튀어오르는 높이를 측정하였다.
제조한 TPU 코팅사 중 적정 물성을 나타낸 샘플 C TPU 코팅사를 이용하여, 바스켓조직의 바닥재 직물을 제직하였다. 이것을 직물 상판부로 사용하고, EVA하판부를 라미네이팅 공정을 통해 합포하여 TPU 바닥재 제품을 얻었다.
6mm로 고정하였다. 한편, 기존의 PVC제품을 동일한 조건으로 제작하여 바닥재 제품의 특성을 상호 비교하였다.

대상 데이터

TPU 코팅 원사: 본 연구에 사용된 TPU 코팅사는 (주)알켄즈에서 제조한 것으로 Polyethylene terephthalate(PET)를 심사로 하여, 압출 방사시 온도조건을 달리한 3종류의 코팅사를 제공받았으며, 각 압출조건은 Table 1과 같다. 시료 제조시 각 영역에서의 압출 온도조절 조건에 변화를 주었다.
본 연구에 사용된 TPU 코팅사는 압출 방사시 Zone 1에서 Zone 4의 온도조건을 달리한 3종류의 코팅사를 제공받았으며, A 시료는 Zone 1에서 Zone 4의 온도조건 170℃로 하였고, B 시료는 Zone 1을 175℃하고, Zone 2부터 Zone 4까지 170℃로 하였으며, C시료는 Zone 1에서 Zone 4의 온도조건 175℃로하여 제조하였으며, 각 압출온도에 따라 얻어진 TPU 코팅사의 특성은 다음과 같이 나타났다.
TPU 코팅 원사 특성분석: 결정구조분석을 위해서 Rigaku제의 D/max-III-A X-선 회절장치를 이용하여 Cu-K α 선에 의한 각 시료의 X-선 회절곡선을 얻었다. 이 때 시료는 자오선 방향으로 두고, 측정각 범위는 5-40^o로 하였다. 열분석을 행하기 위해 시차주사열량분석(Differential Scanning Calorimetry: DSC)은 TA 제의 DSC 2910을 이용하여 N 2 기체 분위기에서 속도 20℃/min으로 실시하였다.
제조한 TPU 코팅사 중 적정 물성을 나타낸 샘플 C TPU 코팅사를 이용하여, 바스켓조직의 바닥재 직물을 제직하였다. 이것을 직물 상판부로 사용하고, EVA하판부를 라미네이팅 공정을 통해 합포하여 TPU 바닥재 제품을 얻었다. 이때 얻어진 TPU 직물의 표면 특성 및 인장강신도, 인열강도, 마모손실량 및 볼반발탄성등의 제품의 특성을 기존 PVC 바닥재와 비교하여 살펴보았다.
동적점 탄성분석은 Rheometric scientific 사의 동적점탄성기(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer: DMTA)를 이용하여 N 2 기체 분위기에서 속도 4℃/min으로 실시하였며, 이때 시료 길이는 2cm이었고, 1 Hz에서 측정하였다. 인장특성은 KS K ISo5079에 준하여 Shimadzu사의 S-100 Autograph를 이용하였으며, 연신속도 10mm/min의 조건으로 코팅사의 강도와 신도, 탄성률을 측정하였다.
6mm로 나타났다. 제작한 TPU 직물과 EVA 하판부를 라미네이팅 공정에 의해 합포하여 최종 TPU 바닥재 제품을 생산하였다. 최종 제품의 무게는 2.
제작한 TPU 직물과 EVA 하판부를 라미네이팅 공정에 의해 합포하여 최종 TPU 바닥재 제품을 생산하였다. 최종 제품의 무게는 2.0 Kg/m², 최종 두께는 3.6mm로 고정하였다. 한편, 기존의 PVC제품을 동일한 조건으로 제작하여 바닥재 제품의 특성을 상호 비교하였다.

이론/모형

이 때 시험조건은 클램프 간격은 100mm 였으며, 100mm/min의 속도로 행하였다. 내마모 특성을 알아보기 위하여 KS 0615에 준하여 측정하였다. 이 때 하중은 1000g, 시험횟수는 3000회를 행하였으며, 마모 전후 직물의 마모손실량을 측정하였다.
바닥재 표면특성을 알아보기 위하여 영상 현미경(NT 1000, NEXTEC, Korea)을 이용하여 촬영하였다. 바닥재 제품의 역학적 특성을 알아보기 위해 KS K 0521에 준하여 스트립법으로 인장강도와 신도를 얻었고, KS K 0796에 준하여 인열강도를 측정하였다. 이 때 시험조건은 클램프 간격은 100mm 였으며, 100mm/min의 속도로 행하였다.
이 때 하중은 1000g, 시험횟수는 3000회를 행하였으며, 마모 전후 직물의 마모손실량을 측정하였다. 바닥제 제품의 탄성도를 알아보기 위해 KS M ISo8307에 준하여 볼 반발탄 성을 측정하였다. 이때 투하추의 무게는(16.

성능/효과

TPU 바닥재 제품개발 시 가장 중요한 항목인 볼 반발탄성은 8cm, 마모손실량은 0.098g으로 나타났으며, 기존의 PVC 제품보다 더 우수한 특성을 보이고 있다. 이것으로 PVC 대체 고탄성 특성을 보유한 TPU 바닥재 제품 생산 가능성을 확인할 수 있었다.
따라서 120℃부근에서 관찰되는 tan δ 피크는 결정성 PET의 beta 전이온도에 해당하는 것으로 확인되며, -10℃에서 나타난 tan δ 피크는 TPU의 것으로 확인되며, 각 제조조건에 따른 코팅사가 상온에서 유연한 상태로 유지될 수 있음을 알 수 있다.
압출온도조건에 따른 TPU 코팅사의 구조분석 및 인장특성 결과로부터 TPU 코팅사 C인 경우 다른 샘플에 비해 미세구조의 발달이 미미한 것으로 볼 수 있으며, 인장특성의 결과를볼 때 C 시료의 경우 다른 코팅사에 비해 다소 인장강도 및 신도값이 크게 나타나, 강하면서도 유연한 물성을 갖는 것으로 판단되어, 샘플 C를 바닥재 직물로 사용될 코팅사로 채택할 수있었다.
098g으로 나타났으며, 기존의 PVC 제품보다 더 우수한 특성을 보이고 있다. 이것으로 PVC 대체 고탄성 특성을 보유한 TPU 바닥재 제품 생산 가능성을 확인할 수 있었다.
인장강신도 결과에서 C 시료의 경우 인장강도 및 신도값은 크게 나타났다. 이것은 본 실험조건에서 적정한 TPU 사출온도조건은 Zone 1에서 4까지 온도 변화 없이 175℃로 유지될 때, 구조적으로 안정하고 강하면서도 유연한 물성을 갖는 TPU 코팅 원사를 얻을 수 있었다.
2MN으로 나타났으며, 기존 PVC 바닥재에 비해 약간낮은 물성을 나타냈다. 한편 바닥재로서 중요한 평가항목인 마모감소량은 0.098g, 반발탄성도는 8cm로 나타났으므로, PVC 기존 바닥재에 비해 내마모성을 가지면서도 고탄성 특성을 갖는 TPU 바닥재 제품 생산은 가능한 것으로 확인하였다.
현재 시판되고 있는 우븐바닥재 제품은 2×2 바스켓조직을 기본으로 하여, 필름사, 코팅사, 이중코팅사 등의 원사를 다양하게 사용하고 있었으며, 직물에 사용한 코팅사의 경우 코어사와 코팅사의 코어 중심도가 클수록 단면은 타원형에서 원형에 가까운 것 등으로 나타났는데, 이 중 원형 코팅사를 사용하여 직물조직을 치밀하게 제직할수록, 마모강도와 항균도는 우수하게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우븐 바닥재는 어떠한 특성이 있는가?	최근 친환경 트렌드에 따라 인체에 무해한 건축내장재 실내 건축 제품개발 요구가 급증하고 있어(Chun & Kim, 2006), 인테리어 시 실내마감재로 사용하는 목질계 바닥재, 합성수지 바닥재, 타일, 벽지, 카펫 등에 친환경 소재로 사용할 것을 요구 하고 있다(Kim, 2009; Kim 2011). 실내 마감재 중 최근에는 우븐 바닥재가 각광을 받고 있는데, 우븐 바닥재는 직물의 상판부와 폼 등의 하판부로 구성되어있고, 장시간 외부 물리력이나 환경적 요인에 의한 변형이 최소화되고 균일해야하며, 생산 설비의 작업 방식 및 형태가 다양할 뿐 아니라 광폭으로 제직 되므로 생산 및 품질관리 표준화가 어려운 특성이 있다.
	우븐 바닥재는 어떻게 구성되어 있는가?	최근 친환경 트렌드에 따라 인체에 무해한 건축내장재 실내 건축 제품개발 요구가 급증하고 있어(Chun & Kim, 2006), 인테리어 시 실내마감재로 사용하는 목질계 바닥재, 합성수지 바닥재, 타일, 벽지, 카펫 등에 친환경 소재로 사용할 것을 요구 하고 있다(Kim, 2009; Kim 2011). 실내 마감재 중 최근에는 우븐 바닥재가 각광을 받고 있는데, 우븐 바닥재는 직물의 상판부와 폼 등의 하판부로 구성되어있고, 장시간 외부 물리력이나 환경적 요인에 의한 변형이 최소화되고 균일해야하며, 생산 설비의 작업 방식 및 형태가 다양할 뿐 아니라 광폭으로 제직 되므로 생산 및 품질관리 표준화가 어려운 특성이 있다.
	실내 마감재 중 최근에는 우븐 바닥재가 각광을 받는 배경은 무엇인가?	최근 친환경 트렌드에 따라 인체에 무해한 건축내장재 실내 건축 제품개발 요구가 급증하고 있어(Chun & Kim, 2006), 인테리어 시 실내마감재로 사용하는 목질계 바닥재, 합성수지 바닥재, 타일, 벽지, 카펫 등에 친환경 소재로 사용할 것을 요구 하고 있다(Kim, 2009; Kim 2011). 실내 마감재 중 최근에는 우븐 바닥재가 각광을 받고 있는데, 우븐 바닥재는 직물의 상판부와 폼 등의 하판부로 구성되어있고, 장시간 외부 물리력이나 환경적 요인에 의한 변형이 최소화되고 균일해야하며, 생산 설비의 작업 방식 및 형태가 다양할 뿐 아니라 광폭으로 제직 되므로 생산 및 품질관리 표준화가 어려운 특성이 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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