Textile materials are frequently in contact with surfactant solutions during their manufacturing or finishing processes as well as cleaning processes in use. Liquid wetting, wicking and absorbency of textile materials, and the liquid properties, surface characteristics and pore geometry of textile m...
Textile materials are frequently in contact with surfactant solutions during their manufacturing or finishing processes as well as cleaning processes in use. Liquid wetting, wicking and absorbency of textile materials, and the liquid properties, surface characteristics and pore geometry of textile materials, and the liquie-solid interactions, In this paper, 10 different nonionic surfactants, including Span 20, Twen 20, 40, 60, 80, 21, 61, 81, 65, 85, were used. The surfactants were characterized by their hydrophile-lipophile-balance (HLB) values, structures, and surface tensions. The 0.1g/dL and 1.0g/dL surfactant solutions, which were both above critical micelle concentration (CMC), were used to see the concentration effects on the wetting and absorbency of cotton fabrics. The wetting behavior and liquid retention properties of hydrophobic cotton fabrics with different nonionic surfactant solutions are reported. The contact angles are greatly decreased and the water retention values are greatly increased by adding most of the surfactants studied into the system. The extents of this effects are influenced by the characteristics of surfactants and its solutions. Hydrophilic surfactants which have low number of carbon atoms or unsaturated hydrophobe structures are more effective in improving the wetting and absorbancy of hydrophobic cotton fabrics. The water retention of hydrophobic cotton fabrics has positive relations with $cos{\theta}$, adhesion tension and work of adhesion. The 1.0g/dL surfactant solutions show similar, but slightly improved wetting and absorbency characteristics of hydrophobic cotton fabrics compared to the 0.1g/dL surfactant solutions.
Textile materials are frequently in contact with surfactant solutions during their manufacturing or finishing processes as well as cleaning processes in use. Liquid wetting, wicking and absorbency of textile materials, and the liquid properties, surface characteristics and pore geometry of textile materials, and the liquie-solid interactions, In this paper, 10 different nonionic surfactants, including Span 20, Twen 20, 40, 60, 80, 21, 61, 81, 65, 85, were used. The surfactants were characterized by their hydrophile-lipophile-balance (HLB) values, structures, and surface tensions. The 0.1g/dL and 1.0g/dL surfactant solutions, which were both above critical micelle concentration (CMC), were used to see the concentration effects on the wetting and absorbency of cotton fabrics. The wetting behavior and liquid retention properties of hydrophobic cotton fabrics with different nonionic surfactant solutions are reported. The contact angles are greatly decreased and the water retention values are greatly increased by adding most of the surfactants studied into the system. The extents of this effects are influenced by the characteristics of surfactants and its solutions. Hydrophilic surfactants which have low number of carbon atoms or unsaturated hydrophobe structures are more effective in improving the wetting and absorbancy of hydrophobic cotton fabrics. The water retention of hydrophobic cotton fabrics has positive relations with $cos{\theta}$, adhesion tension and work of adhesion. The 1.0g/dL surfactant solutions show similar, but slightly improved wetting and absorbency characteristics of hydrophobic cotton fabrics compared to the 0.1g/dL surfactant solutions.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 이전 연구의 연장으로, 종류 및 특성이 일정한 발호된 소수성 면직물과 성질이 서로 다른 10종류의 비이온계 계면활성제 수용액을 사용하여, 수용액의 농도를 0.1g/dL와 1.0g/dL로 변화시켜, 섬유와 액체와의 상호 작용을 실험적으로 고찰하여, 이러한 액체의 특성이 섬유제품의 습윤특성에 미치는 영향을 고찰하고자 한다.
그러나 W와 W/H는 CMC에서 크게 증가하였다. 이번 연구에서는 CMC이후에 계면활성제의 농도가 10배 증가할 경우, 즉 분자 상태의 계면활성제의 양은 일정하고 밋셀만 증가할 경우에 접촉각, W, W/H 등은 어떻게 변화하는지 고찰하였다. 1.
가설 설정
표준화되었다. 표준화된 sample은 p (fabric—liquid perimeter)를 구하기 위하여 total wetting liquid (hexadecane 사용)와 접촉되었으며,θ=0°즉 cos θ=1로 가정 한다.
제안 방법
이 면직물 조각을 1매씩 25°C의 물이 담긴 삼각 flask예 접히지 않도록 넣고 항온수조에서 30분 동안 30rpm으로 세척하였다. 25°C 물에서 5분 헹구기, 300rpm으로 3분 동안 원심분리를 2회씩 행하였다. 액비는 항상 250ml/g 이었다.
4가지 서로 다른 방법으로 Fabric A틀 발호하였다. 제1방법은 면직물을 적당한 크기로 자르고 4면 의 올을 풀어서, 6.
PET 직물은 가수분해에 의하여 습윤성이 향상되며, 기공 크기의 분포와 기공의 상호 연결성이 습윤특성에 중요한 요인이 된다고 보고하였다. Hsieh와 Cram4)은 pet직물에 가수분해 효소를 작용시켜, PET직물의 습윤 특성 변화를 고찰하였다. 효소 가수분해는 알칼리 가수분해 못지 않게 PET직물의 표면 적심과 습윤성을 향상시키며, 동시에 강도 손실도 작았다고 보고하였다.
계면활성제 용액의 표면장력은 processor tensiometer (K14, KRUSS)를 사용하여 측정하였고, 비이온계 계면활성제의 Kraft point 가 낮으므로 21 °C 에서 측정하였다. Certified grade hexadecane (Fisher Scientific, , =26.
본 연구에서는 CMC이상의 두 농도, 0.1g/dL 와 1.0g/dL, 10 종류의 비이온계 계면활성제 수용액을 사용하여 이들이 소수성 면직물의 습윤특성에 미치는 영향을 면구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다,
4가지 서로 다른 방법으로 Fabric A틀 발호하였다. 제1방법은 면직물을 적당한 크기로 자르고 4면 의 올을 풀어서, 6.35cm X 12.7cmm기로 만들었다. 이 면직물 조각을 1매씩 25°C의 물이 담긴 삼각 flask예 접히지 않도록 넣고 항온수조에서 30분 동안 30rpm으로 세척하였다.
표준화되었다. 제2방법은 항온수조에서 25°C, 30rpm으로 30분 2화 세척한 후 제1방법과 같은 방법으로 헹구고 건조하였다. 제3방법은 항온수초에서 25’C, 30rpm으로 15분 세척 한 후 증류수가 담긴 삼각 flask에 넣고 손으로 강하게 흔드는 것을 4회 반복 한 후 원심분리하고 제1방법과 같은 방법으로 건조 하였다.
제2방법은 항온수조에서 25°C, 30rpm으로 30분 2화 세척한 후 제1방법과 같은 방법으로 헹구고 건조하였다. 제3방법은 항온수초에서 25’C, 30rpm으로 15분 세척 한 후 증류수가 담긴 삼각 flask에 넣고 손으로 강하게 흔드는 것을 4회 반복 한 후 원심분리하고 제1방법과 같은 방법으로 건조 하였다. 제4방법은 항온수조에서 25°C, 30rpm으로 10분 세척 후 과량의 증류수에서 핀셋으로 잡고 가볍게 흔들어 헹군 후 원심분리하고 다시 10분 세척 -헹굼-원심분리를 2회 더 반복한 후 제1방법과 같은 방법으로 건조하였다.
Hsieh2)는 습윤, 모세관 현상의 이론을 전개하고 이 이론을 섬유제품에 적용시켰다. 즉, 100% 면과 PET직물 및 모세관을 사용하여 microbalance 법으로 직물의 Wetting과 wicking 특성을 실험적으로 고찰하였다. Hsieh 등3)은 PET 직물을 NaOH 수용액으로 가수분해 처리하여 감량가공을 하여 가공 조건의 변화에 따른 직물의 습윤특성과 기공 구조의 변화를 고찰하였다.
대상 데이터
2종류의 100% 면직물 (평직, 400R, Test Fabrics, Inc.)을 사용하였다. 이 2종류의 면직물은 동일 시험포이나 따로 주문된 것으로 습윤특성이 달라서 A와 B로 구분하여 표시하기로 한다.
계면활성제 용액의 표면장력은 processor tensiometer (K14, KRUSS)를 사용하여 측정하였고, 비이온계 계면활성제의 Kraft point 가 낮으므로 21 °C 에서 측정하였다. Certified grade hexadecane (Fisher Scientific, , =26.7dyne/cm)을 사용하였고, 물은 Millipore Mill—Q water syst&n에 의해 순수화시켰고 이때의 표면장력은 72.6 dyne/cm, pH=6_2 였다.
이 저울 측정값으로, 모세관 현상에 의해 직물 내로 빨려 올라간 액체의 무게와 직물에 작용하는 wetting force, 접촉각 등을 동시에 측정, 계산할 수 있다. 모든 직물조각은 물, 0.1g/dL, LQg/dL 농도의 10 종류의 비이온계 계면활 성제 용액을 사용하여 측정한다. 이 농도는 모든 계면활성제의 경우 critical micelle concentration (CMC) 이상이다.
비이온계 계면활성제로는 Span20, Tween20, 40, 60, 80, 21, 61, 81, 65, 85(Sigma: biochemicals and reagents for life science research)를 사용한다. 각 계면활성제의 HLB 값, 구조와 조성, 분자 면적 등은 전보11)에 자세히 보고되었다.
이론/모형
면직물의 fabric weight, count, thickness등은 ASTM 1910에 따라 측정하였다.
성능/효과
1. 계면활성제의 첨가는 소수성 면직물의 접촉각을 현저히 감소시키며, 특히 Tween 21과 81의 효과가 우수하였다.
2. Tween series 의 경우, 친유기의 단소수가 증가하여 계면활성제의 소수성이 커지면, 소수성 면직물의 수분 보유량(W)이 감소하고 접촉각이 증가하여 습윤특성이 저하된다.
3. 계면활성제 친유기의 불포화도가 증가하면 W 가 증가하고 접촉각이 감소한다.
4. 계면활성제 농도가 CMC이상의 조건에서 10배 증가할 경우(0.1g/dL—1.0g/dL), 접촉각은 약간 감소 하나 W는 현저히 증가하고, 특히 Tween 80, 81, 85와 같이 계면활성제 친유기가 불포화 구조일 때 W 의 증가가 더욱 현저하였다.
6. 기질의 습윤특성(wetting과 absorbancy)은 계면활성제의 첨가에 의해 향상되며, 그 상호작용은 기질의 특성과 계면활성제의 특성에 의해 크게 좌우된다.
따라서 면직물은 Span 21 과 Tween 81 용액에서 가장 효과적으로 wetting 되는 것을 알 수 있다. Tween 20→40t→60의 경우와 Tween 21→61의 경우를 보면 계면장력에는 큰 변화가 없음에도 불구하고, 계면활성제의 포화 지방산의 탄소수가 증가하여 친유성이 증가할수록 접촉각은 증가하고, W와 W/H는 감소하여 친수성 계면활성제가 면직물의 습윤성 향상에 효과적임을 보여준다. 즉 포화지방산 구조일 경우 HLB가 감소하면 접촉각은 증가한다.
계면활성제 수용액의 계면장력, CMC, 몰농도 등은 모두 측정치이며, 이전 연구11)에서 자세히 보고되었다. 모든 경우에 계면활싱제 농도는 CMC이상이다, 계면활성제가 없는 경우와 비교하여 보면 계면활성제가 첨가된 경우에는 생지 면직물의 접촉각이 현저히 감소한다. 특히 Tween 21과 81의 경우, 면직물을 알칼리로 정련했을 때의 접촉각인 40—45°12,13)와 유사해짐을 볼 수 있다.
후속연구
친수성과 친유성 정도 - 친유가의 포화도 등을 고려하여야 된다. 따라서 후속 연구로 특성이 다른 기질인 PET를 사용하여 계면 활성제와의 상호작용에 따른 습윤특성을 비교, 고찰하는 연구를 진행하고 있다.
위에서 본 바와 같이 지금까지 몇몇 연구자들에 의해 섬유제품의 물리 화학적 특성을 변화시키거나 또는 물리 화학적 성질이 서로 다른 직물을 사용하여 섬유제품一순수한 물의 습윤특성 변화에 대한 연구가 진행되어 왔으나, 액체의 특성을 변화시켜 액체의 특성이 섬유 제품의 습윤특성에 미치는 영향에 대해서는 정량적 연구가 거의 이루어지지 않은 상태이다. 또한, 섬유제품은 후처리나 사용 중의 세탁과정에서 계면활성제 용액과 빈번히 접촉하므로 섬유제품一계면활성제 용액간의 상호작용에 대한 정량적 연구가 이루어진다면 공업적으로나 가정에서의 관리에 도움을 주고, 의복의 쾌적성과 위생성에 큰 영향을 미치는 섬유의 습윤특성 (wetting과 absorbancy)을 이해하는데도 도움을 주리라 기대한다.
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