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문제 정의
- 본 연구에서는 면포에 대하여 키토산 단독처리 또는 키토산/PU 혼합액으로 처리한 다음 가공포의 물리적 변화와 이를 바탕으로 한 태의 변화를 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
- KES─FB system(KATO TECH. Co., LTD., Japan)을 사용하여 인장특성, 굽힘특성, 전단특성, 압축특성, 표면특성 및 두께와 무게에 해당하는 6종류의 역학적 특성항목에 대하여 16종류의 측정치를 구하였는데, 이방성이 고려되는 인장, 굽힘, 전단 및 표면 특성은 경·위사 방향별로 평2) 태 평가치 산출균값을 구하였다.
- Textest FX3300 Air Permeability Tester를 사용하여 125Pa의 조건으로 공기투과도를 측정하였다.
- 만약 면포 위에 도포되어 있는 키토산의 상태가 산성염이 아니고 free -NH2 기 형태가 유지된다면 세탁내구성은 현저히 상승될 것으로 예상되며 키토산 산성염이 도포되어 있을 때에 비해서 제반 물리적 물성도 변화될 것으로 기대 된다. [Table 3], [Table 4]에 각각 8cps, 50cps 키토산과 PU를 혼합하여 면직물에 처리한 다음 다시 NaOH 수용액으로 중화하였을 때의 역학적 특성변화를 제시하였다.
- 가공 처리된 직물시료를 금이온코팅기(E 101 ION SPUTTER, Hitach)로 3분 30초 동안 9nm 두께로 코팅한 후, 주사형전자현미경(S─2150 Hitach)을 사용하여 직물표면 상태를 관찰하였다.
- 상기와 같은 키토산 가공의 단점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 키토산 산성염이 도포되어 있는 가공포를 NaOH 수용액 속에 잠시 침지하여 산성염의 형태를 파괴하여 free -NH2 기 형태가 유지되는 키토산으로 변환시켰다. 키토산 자체는 중성의 물에 불용성이므로 NaOH 수용액으로 처리된 키토산 가공포는 세탁 내구성이 향상될 것으로 예측된다.
- 키토산과 PU가 혼합되어 직물에 도포되는 경우 PU성분은 직물표면 위에 충분한 내구성을 충족시키면서 도포되기 때문에 PU와 혼합된 키토산의 세탁내구성도 아울러 다소 상승될 수 있을 것으로 예측된다. 앞에서 기술된 방법으로 태개질이 이루어진 직물은 객관적인 태평가 방법 중에서 가장 잘 알려진 KES 방법으로 태의 고유한 특성들을 측정하여 비교검토 하였다.
- 키토산 초산수용액과 혼합하여 사용되는 수용성 PU의 고체함량이 50%이므로 20% 농도의 용액으로 희석하여 사용하였다. 키토산 초산수용액과 희석시킨 PU 수용액의 혼합비율은 8cps 키토산인 경우에는 키토산과 solid content의 비율을 1:1과 1:2로 설정하였고, 50cps 키토산인 경우에는 1:0.5와 1:1의 비율로 설정하였다. 면직물을 혼합용액 속에 5분간 침지시켰다가 mangle을 이용하여 면직물 무게의 90%가 되도록 pick up시켰다.
대상 데이터
- 반면 NaOH 수용액에 의하여 산성염 형태가 파괴되면 키토산이 재생되므로 과다히 빳빳하다는 단점이 제거될 수 있다. 2차적으로는 유연성이 유지되면서도 마와 같은 감촉을 부여하기 위해 제 3의 고분자 수지가공제인 PU와 키토산을 혼합하여 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 직포는 경·위사 번수 40Ne×40Ne, 경·위사 밀도 289올/5cm×147올/5cm, 중량 121.1g/m2의 평직인 백면포를 30cm×30cm의 크기로 절단하여 정련한 다음 가공에 사용하였다.
- 본 연구에서는 직물의 촉감을 개선하기 위하여 가공제로서 키토산과 polyurethane(PU) 또는 키토산/PU 혼합물을 사용하였다. 키토산이 사용된 이유는 키토산 처리가 직물의 stiffness를 증대시키고 직물에 마와 같은 촉감을 부여하며 직물의 공기투과도가 크게 저하되리라는 우려와는 정반대로 오히려 공기투과도를 상승시키고 있다는 보고21)가 있기 때문이다.
- 키토산 용액의 제조에 사용된 초산(Showa Chemicals Co., Ltd), 중화 반응에 사용된 수산화나트륨(Duksan Pharmaceutical Co., Ltd.)은 1급 시약을 사용하였으며 수용성 폴리우레탄 분산제(Dicrylan PMC, Ciba)로는 aliphatic polyester urethane계를 사용하였다.
- 키토산 초산수용액과 혼합하여 사용되는 수용성 PU의 고체함량이 50%이므로 20% 농도의 용액으로 희석하여 사용하였다. 키토산 초산수용액과 희석시킨 PU 수용액의 혼합비율은 8cps 키토산인 경우에는 키토산과 solid content의 비율을 1:1과 1:2로 설정하였고, 50cps 키토산인 경우에는 1:0.
이론/모형
- MEN’S SUMMER DRESS SHIRT에 입각하여 역학적 특성에 의한 처리 직물의 감각 평가치(Hand Value, H.V.)의 계산은 KN─202─DS의 변환식을 사용하였고, 처리 직물의 전체 태 평가치(Total Hand Value, T.H.V)의 계산은 KN─303─DS─SUMMER의 변환식을 사용하였다.
성능/효과
- 1%(w/w) 농도의 초산수용액으로 1%(w/w) 농도에 해당하는 키토산 초산수용액을 제조하여 회전 torque식 점도계로 점도를 측정한 결과 50cps와 8cps였으며 탈아세틸화도는 84.2%와 80.4% 였다.
- 1. 키토산 단독으로 처리되는 경우 인장변형량(EM)과 인장에너지(WT)는 감소되는데 8cps 키토산 보다는 50cps 키토산에서 그 감소의 정도가 컸다.
- 2) 키토산은 수불용성이므로 산성수용액에 용해시켜서 직물표면에 도포해야만 한다. 그 결과 키토산은 산성염의 형태로 직물의 표면에 존재하게 되는데 이러한 산성염은 물에 가용이기 때문에 키토산 가공의 내세탁성은 낮은 것으로 평가되고 있는 실정이다.
- 2. 키토산/PU 혼합액에 의한 처리는 키토산 단독으로 처리되었을 때 발생되는 EM과 WT의 급격한 감소를 억제시키고 있는데 키토산에 대한 PU의 혼합비율에 비례하여 그 효과가 나타나고 있다.
- 3. 키토산 단독처리에 의해 굽힘강성(B)이 미처리포에 비해서 5배 내지 6배 정도 증가되는데 8cps 키토산 보다는 50 cps 키토산에서 증가정도가 더욱 크다. NaOH 수용액에 의한 중화과정이 도입되면 키토산 단독처리 때보다 B값이 감소된다.
- 4. 키토산 처리에 의해 인장변형(EM)과 인장에너지(WT)가 감소되며 굽힘강성(B)이 증가되므로 하절기용 소재에서 요구되는 빳빳함의 증가를 충족시키고 있다. B값과 2HB값의 상승은 착용된 의복과 인체간에 어느 정도의 공간을 부여하여 서로 격리시켜 주게되므로 고온다습한 하절기 의복으로서 바람직하게 된다
- 5. 키토산만으로 처리하는 경우 점성도가 과다히 크지 않은 8cps 키토산에서는 RC값이 거의 변화되지 않고 있으나 점성도가 큰 50cps 키토산의 경우는 미처리포에 비해서 RC값이 저하되고 있다. 키토산과 PU를 혼합하여 처리하는 경우에는 키토산만으로 처리하였을 때 보다 RC값이 전반적으로 증가하고 있으며 PU의 혼합비율 증가에 비례하여 RC값이 증가되고 있다.
- 6. 키토산 처리에 의해 감각 평가치인 KOSHI, SHARI, HARI는 증가하고 FUKURAMI는 감소하였으며, 8cps 키토산 보다 50cps 키토산일 때 증감의 변화가 더 컸다. 이러한 경향은 중화와 가교 등 후처리가 도입되어도 마찬가지였다.
- 7. PU의 첨가는 키토산 처리에 의해 증가한 KOSHI, SHARI, HARI는 감소시키고 FUKURAMI는 증가시킨다. 적절한 PU의 혼합비율을 선정함으로써 키토산처리에 의한 효과를 조정할 수 있을 것으로 사료된다.
- 8. 키토산만으로 처리하는 경우 공기투과도는 100% 정도의 증가율을 보이고 있는데 8cps 키토산 보다는 50cps 키토산에서 증가의 정도가 컸다. 이처럼 키토산 처리에 의해서 면직물의 공기투과도가 상승되고 있다는 사실은 우수한 청량감이 요구되는 여름철용 직물의 가공에 매우 적합한 것으로 평가된다.
- 따라서 [Table 1], [Table 2]에 나타나듯이 미처리포에 비해 키토산 처리포가 SMD와 B, 그리고 RT값이 모두 증가하므로 SHARI값이 증가하게 된다. PU를 첨가하면 8cps 키토산의 경우에는 키토산만을 처리한 것에 비해 SHARI값이 증가하나 그 첨가 비율이 커지면 오히려 감소하며, 50cps 키토산의 경우에는 PU의 혼합비율이 증가할수록 SHARI값이 감소함을 알 수 있다.
- 8cps 키토산에서는 구성사 내부까지 키토산 용액의 침투가 일어나고 균일한 코팅이 이루어지는 반면 50cps 키토산에서는 점성도가 크기 때문에 구성사의 완벽한 코팅보다는 단순히 구성사 표면에 키토산 산성염이 부착될 가능성이 크다. 결과적으로 8cps 키토산으로 처리되는 경우는 원활한 코팅으로 인하여 구성사들의 표면기모가 사라지고 매끈한 성질이 부여되어 G값이 17% 정도 저하하게 된다. 반면 50cps 키토산으로 처리되는 경우는 구성사들의 표면이 덜 평활하기 때문에 G값의 저하는 나타나지 않게 된다.
- 결과적으로 미처리포, 8cps, 50cps 키토산 처리포의 KOSHI값은 각각 8.09＜10.09＜10.82였다. 즉 KOSHI(stiffness, 강경도)가 미처리포에 비해 키토산 처리포쪽이 커지고, 또한 키토산의 분자량이 증가할수록 커짐을 알 수 있다.
- 그러나 [Table 1], [Table 2]의 값들과 비교해 볼 때 전체적으로 B값과 2HB값이 다소 감소하고 있음을 볼 수 있다. 결과적으로 알칼리에 의한 중화가 키토산 가공의 내세탁성은 향상시킬 수 있지만 직물의 빳빳함은 감소시키고 있는 것으로 평가된다.
- 결과적으로 8cps 키토산에서는 전단의 크기를 감소시킬 정도로 구성사에 균일하게 코팅되어 있던 키토산 산성성분에 대하여 균일하고 완벽한 중화가 이루어지게 된다. 그 결과 구성사 표면에 도포되어 있던 키토산의 산성염이 키토산으로 변화되면서 G값이 미처리포 상태까지 회복된다. 반면 50cps 키토산에서는 완벽한 중화가 이루어지지 않을 뿐만 아니라 구성사 표면에 불균일하게 도포되어 있던 키토산 산성염 입자들이 중화와 동시에 탈리 될 가능성이 매우 높다.
- 두께는 압축특성의 측정결과로부터 제시되는데 미처리포에 비해 키토산 처리포의 두께가 감소됨을 알 수 있다. 이는 키토산 고분자 중합체가 직물 구성사의 집속력을 향상시켜 두께를 감소시키며 압축력 또한 감소시키는 것으로 볼 수 있다.
- KOSHI에 기여하는 역학적특성은 굽힘＞전단＞표면특성으로 B와 G, 그리고 SMD값이 클수록 KOSHI값은 커지게 된다. 따라서 [Table 1], [Table 2]에서 알 수 있듯이 미처리포에 비해 키토산 처리포가 KOSHI에 가장 큰 기여를 하는 B값이 증가하므로 KOSHI값이 증가함을 알 수 있다.
- 그러나 NaOH 수용액으로 처리하지 않았을 때와 비교한다면 EM값과 WT값의 감소율은 낮은 편이다. 또한 키토산과 PU를 혼합하여 처리하면 키토산 단독으로 처리하였을 때보다 EM값과 WT값이 상승되고 있으며 PU 혼합비율이 커질수록 상승정도가 크다. 위의 결과로부터 알칼리에 의한 중화를 후처리로 도입하는 경우에도 후처리가 도입되지 않았을 때와 비슷한 경향을 보여준다고 할 수 있다.
- 그러나 미처리포에 비해서는 역시 B값과 2HB값이 현저히 커지고 있다는 것을 알 수 있다. 상기의 결과들은 인장특성인 EM값과 WT값의 변화경향과 음의 상관관계가 성립되고 있음을 보여준다.
- 이상의 결과로부터 키토산은 용액상태에서 고점성도를 갖는 중합체이기 때문에 빳빳한 감촉을 부여하고 있음을 알 수 있다. 그러나 지나치게 빳빳한 감촉은 오히려 의복으로서 부적합할 수 있으므로 적절한 정도로 유연성을 부여하면서 동시에 마와 같은 빳빳한 감촉을 부여하는 방법으로 PU의 혼합처리가 바람직함을 알 수 있다.
- 이와 같이 키토산에 의한 KOSHI, HARI의 증가를 PU비율의 조절로 적절히 조정할 수 있을 것으로 사료된다.
- 82였다. 즉 KOSHI(stiffness, 강경도)가 미처리포에 비해 키토산 처리포쪽이 커지고, 또한 키토산의 분자량이 증가할수록 커짐을 알 수 있다.
- 그러나 키토산과 PU를 혼합하여 처리하는 경우에는 키토산만으로 처리하였을 때보다 B값과 2HB값이 감소하고 있으며 PU의 혼합비율에 비례하여 감소율이 커지고 있다. 키토산과 PU의 혼합처리는 키토산 자체만으로 처리하였을 때의 과도한 B값과 2HB값의 증가를 완화시켜 줄 수 있는 것으로 판단된다. 그러나 미처리포에 비해서는 역시 B값과 2HB값이 현저히 커지고 있다는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 키토산은 그 정제도에 따라서 폐수처리나 농업용으로 이용되고 있는 저등급이 있는 반면 고도로 정제된 고순도 제품은 생체적합성 소재로도 사용 가능하다. 섬유의 가공에서도 물론 고순도의 키토산이 사용된다면 우리가 바라고 있는 생체적합성의 발현에서 유리할 것으로 사료된다. 1980년대 후반부터 키토산은 항균/방취가공, 수분률 상승, 대전방지가공, 양모의 방축가공, 촉감개선가공 등에 사용되기 시작하였는데 가공의 효과가 매우 우수한 것으로 밝혀지고 있다.
- PU의 첨가는 키토산 처리에 의해 증가한 KOSHI, SHARI, HARI는 감소시키고 FUKURAMI는 증가시킨다. 적절한 PU의 혼합비율을 선정함으로써 키토산처리에 의한 효과를 조정할 수 있을 것으로 사료된다.
- 50cps 키토산의 경우에는 PU를 혼합 처리하면 또한, 혼합비율이 증가할수록 값이 감소함을 알 수 있다. 향후 적정한 비율의 PU를 첨가함으로써 KOSHI를 적절히 조절할 수 있는 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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