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문제 정의
- 3에서 알 수 있는 바와 같이 디지털 날염용 전처리제의 점도는 호제의 종류와 농도에 크게 의존하며, 면직물에 대한 디지털 날염용 전처리제의 점도는 padding 방식으로 처리할 경우 첨예성과 작업성을 고려했을 때 1004)0cP 정도가 적합할 것으로 평가하였다. 따라서 각종 호제의 농도에 따른 점도 변화를 활용하여 전처리 작업조건을 선정하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 표준화된 전처리 조제의 개발을 목표로 면섬유에 대한 반응성 염료의 잉크를 이용한 디지털 날염의 실험을 통하여 다양한 전처리 조제들의 성능을 비교 분석하였다.
- 그러므로 반응성염료에 의한 면 섬유 염색시 적정의 알칼리 농도가 염료의 흡진 및 고착에 중요한 요소가 된다. 따라서 여기서는 디지털 날염 시 면 섬유에 대한 반응성 잉크의 반응 고착 향상을 위한 목적으로 알칼리 첨가 전후 및 알칼리 농도를 달리한 전처리제를 제조하여 면직물에 패딩한 후 Cyan, Magenta, Yellow 그리고 Black 잉크에 대한 발색성을 측정, 비교함으로써 적정 알칼리 농도 조건을 선정하고자 하였다.
- 즉, 증열공정 시 염료 중의 수분이 가열되면서 그 일부는 증발되지만수분이 많은 상태에서 증열처리가 이루어지게 되면 염료의 확산, 이행이 용이해지기 때문에 발색효과가 향상된다. 따라서 여기서는 디지털 날염 시 섬유 내로의 반응성 잉크의 침투향상에 의한 발색성 증진을 목적으로 Hydrotrope agent의 하나인 Urea의 농도를 달리한 전처리제를 제조하여 디지털 날염에 있어서 습윤제가 미치는 영향에 대해서 분석하였다.
제안 방법
- 각각 0.3mm, 0.9mm, 1.5mm 두께로 프린팅 되어진 선 이미지를 공구현미경 (TM 510, Mitsutoyo)을 이용하여 측정함으로써 각 호제별, 각 면직물의 섬유 밀도별 및 조직별로 프린팅 면직물의 첨예성을 평가하였다.
- 디지털 날염용 전처리제의 성분 및 농도에 따른 발색효과를 분석하기 위하여 6종의 호제 종류별, 알칼리 농도별, 그리고 습윤제의 농도에 따른 발색효과를 평가하였다.
- 농도에 크게 의존한다고 할 수 있다. 따라서 실험에 사용되어진 각 호제의 농도별 점도를 측정한 후 적절한 점도를 가지는 전처리제를 제조하였다.
- 습윤제 농도에 따른 전처리제의 디지털 날염 발색효과를 분석하기 위하여 시료는 면 40's, 호제는작업 용이성 및 탈호성이 우수한 Sodium alginate (1%)를 사용하였고, 알칼리 (NaKQ, 2%)투입 농도는 Table 3에서 나타낸 바와 같이 일정한 상태에서 습윤제의 농도를 달리하여 전처리제를 제조한 후 디지털 날염 발색효과를 평가하였다.
- 알칼리 농도에 따른 전처리제의 디지털 날염 발색효과를 분석하기 위해서 시료는 면 40's, 호제는 직업 용이성 및 탈호성이 우수한 Sodium alginate(l%) 를 사용하였고, 습윤제 (Urea 10%) 투입 농도는 Table 2에 나타낸 바와 같이 일정한 상태에서 알칼리의 농도를 달리하여 전처리제를 제조한 후 디지털 날염 발색효과를 평가하였다.
- 이 실험은 호제의 종류에 따른 디지털 날염의 발색효과를 분석하기 위하여, 면 40‘s의 시료에 대하여 알칼리 (NaKQ)와 습윤제 (Ure히를 각각 2%와 10%의 농도로 고정하고, 호제의 종류만을 달리하여 전처리제를 제조한 후 K/S 값으로 발색성을 평가하였다. 또한 호제 종류별 전처리제의 점도 역시 100cP 내외로 일정하게 제조하였다.
- 이 연구에서 얻어진 알칼리 농도(Na2CO3 1%) 및 습윤제 농도(Urea 5%)의 조건하에서 탈호성및 작업 성 이 우수한 Sodium alginate를 사용하여전처리하고 디지털 날염한 직물의 견뢰도 등급을 평가하였다. 얻어진 결과를 다음 Table 4에 나타내 었는데, 세탁견뢰도는 변퇴색, 오염도 모두 4급 이상으로 매우 우수하였으며, 일광견뢰도의 경우에도 대부분 4급 이상으로 실용적으로 우수한 견뢰도 수준을 나타내었다.
- 또한 증열(steaming) 공정 중 직물 상의 응축 수분량이 증가하여 염료의 이행을 원활하게 함으로써 발색성의 향상을 가져오게 한다. 이러한, 디지털 날염용 전처리 호제에 따른 첨예성을 파악하기 위하여 각 시료에 농도별로 제조된 6종의호제, 즉 Gum guar(0.2~3.0%sol.)/ Gum tragacanth (0.2~20%sol.), Polyvinylalcohol (0.4~3%soL), Sodium alginate(0.4~3%sol.), Polyacrylic acid(0.2~3%sol.), (Qrboxyimethylcellulose(0.4~3%sol.)를 각각 처리한 후 디지털 날염하여 공구현미경(TM 510, Mitsutoyo)을 이용하여 호제에 따른 첨예효과를 조사하였다.
- 적절한 점도의 다양한 호제와 농도를 달리한 탄산나트륨과 요소를 이용하여 디지털 날염용 전처리 조제들을 제조한 후, 패딩법(pick-up률 80~85%)으로 면직물에 처리하였다. 전처리되어진 면직물은 건조(120℃, 1.
- 면직물에 처리하였다. 전처리되어진 면직물은 건조(120℃, 1.5분)한 후 Cyan, Magenta, Yellow 그리고 Black의 4색 반응성 잉크 (UJET Ink Reactive, 유한킴벌리)가 장착된 피에조 헤드의 디지털 잉크젯프린터 (Epson Stylus 7500)를 사용하여 720x720 dpi의 해상도로 출력하였으며, 출력 후 증열(포화증기,103℃, 15분, 0.5kgf/Cm2) 및 소우핑, 수세하여 건조하였다. 프린팅 시 100% 농도의 각 Cyan, Magenta, Yellow, Black 4색과 C M, Y, K 각각이 40% 농도인 혼합색의 이미지를 출력하였다.
- 호제액의 점도측정 방법은 우벨로드 점도계(Ubbelohde viscometer)를 사용하여 20 ℃ 에서 모든 호제 용액의 점도를 측정 하였고, 용매인 물의 점도(물의 점도는 20℃에서 1.0050cP)에 대한 점도비 (Viscosity ratio), 즉 상대점도 (Relative viscosity)로써 각 호제 용액의 점도를 측정하였다.
대상 데이터
- 반응성 염료로 면섬유를 침염하는 경우와 같이 염료의 흡착과 고착을 위해 사용된 알칼리는 Sodium carbonate(Aldrich)을 사용하였다.
- 염료잉크의 확산, 이행을 용이하게 하여 DTP 발색성을 높이기 위해 사용된 습윤제는 Urea(Aldrich) 를 사용하였다.
- 직물의 조직 및 종류에 따른 디지털 날염의 발색성 및 첨예성을 평가하기 위해 다양한 종류의 면직물을 사용하였다. 실험에 사용되어진 면직물의 종류 및 특성은 다음 Table 1과 같다.
이론/모형
- 프린팅 되어진 각 면직물의 발색효과는 측색기X-Rite 8200 (X-Rite, USA)을 사용하여 프린팅 시료의 파장별 표면반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의해 K/S값을 계산하여 측정, 평가하였다. 측 색기의 측색조건은 다음과 같다.
- 프린팅 되어진 면직물의 견뢰도를 평가하기 위해 세탁견뢰도는 KS K 0430 : 2001, A-1, 40+2 ℃ 방법, 마찰견뢰도는 KS K 0650 : 2001, 일광견뢰도는ISO 105 B02 : 2000, Xenon-Arc-Lamp, Blue scale시험방법에 따라 견뢰도 시험을 실시하였다.
성능/효과
- 1. 점도 측정 및 호제 종류에 따른 전처리제의 첨예성 효과에 대한 검토를 통하여 증점제 역할을 하는 호제성분이 디지털 날염의 번짐 방지성에 큰 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.
- 2. 디지털 날염에서 전처리제의 성분 및 농도에 따른 발색효과에 대해 호제의 종류, 알칼리 농도 및 습윤제의 농도가 디지털 날염의 발색성에 미치는 영향에 대해서는 PAA를 호료성분으로 사용하였을 경우 상대적으로 우수한 발색성을 나타내었으나, PVA를 사용한 경우 발색성이 가장 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.한편 Gum류는 어느 정도의 발색효과는 나타내지만 부패성이 높아서 저장안정성이 매우 불량하였다.
- 3. 알칼리 성분의 농도에 따른 디지털 날염의 발색효과를 평가한 결과 1% 농도의 Sodium carbonate가함유된 전처리제를 사용한 경우 가장 우수한 발색효과를 나타났으며, 그 이상의 농도에서는 오히려 발색성이 감소하였다. 또한 알칼리가 함유되지 않은 전처리제를 사용한 경우는 예상대로 염료 잉크의 고착이 거의 이루어지지 않아 발색성이 매우 불량하였다.
- 4. 습윤제 농도에 따른 디지털 날염 발색효과의 검토에서 대부분 5% 농도의 Urea가 함유된 전 처리제를 사용한 경우에 가장 우수한 발색효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 그러나 최적 농도 이상의 Urea를 사용한 경우에는 농도가 증가할수록 발색성 이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 5. 이 연구에서 얻어진 전처리제의 처리조건을 이용하여 디지털 날염하고 이를 직물에 대해 견뢰도 특성을 분석한 결과, 세탁견뢰도와 일광견뢰도 및 마찰견뢰도 등에서 대부분 4급 이상의 우수한 견뢰도 수준을 나타내었다.
- 11에 나타내었다. Fig. 11에서 알 수 있는 바와 같이 C, M, Y, K 모든 색상에서 1% 농도의 Sodium carbonate가 함유된전처리제를 사용한 경우에 가장 우수한 발색효과를 나타났으며, 그 이상의 농도에서는 오히려 발색성이 감소하였다. 또한 알칼리가 함유되지 않은 전 처리제를 사용한 경우는 예상대로 섬유상에 잉크 고착이 거의 이루어지지 않아 발색성이 매우 불량하였으며,2% 농도 이상에서는 Sodium carbonate 농도가 증가할수록 알칼리가 반응성 잉크의 가수분해에 더욱 현저한 영향을 미치므로 섬유상 고착이 감소되어 색 농도가 점차적으로 감소함을 알 수 있다.
- Fig. 3에서 알 수 있는 바와 같이 디지털 날염용 전처리제의 점도는 호제의 종류와 농도에 크게 의존하며, 면직물에 대한 디지털 날염용 전처리제의 점도는 padding 방식으로 처리할 경우 첨예성과 작업성을 고려했을 때 1004)0cP 정도가 적합할 것으로 평가하였다. 따라서 각종 호제의 농도에 따른 점도 변화를 활용하여 전처리 작업조건을 선정하고자 한다.
- 직물의 종류와 호제의 종류에 상관없이 전체적으로 호제의 농도가 증가할수록 프린팅 되어진 선의 두께는 얇aL 즉 Q9mm에 가깝게 출력되어 우수한 첨예효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그러나 사용된 대부분 1-3% 호제 농도에서 디지털 날염에 최적의 첨예효과를 나타내고 있으며, 그 이상의 농도 조건에서는 첨예성에 큰 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 호제의 처리농도가 너무 높으면 염료 침투성 저하로 인한 발색성 저하와 탈호성 불량의 원인이 될 수 있다는 것으로 예상된다.
- 습윤제 농도에 따른 디지털 날염 발색효과의 검토에서 대부분 5% 농도의 Urea가 함유된 전 처리제를 사용한 경우에 가장 우수한 발색효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 그러나 최적 농도 이상의 Urea를 사용한 경우에는 농도가 증가할수록 발색성 이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 10을 호제 종류별 전처리제 처리에 따른 디지털 날염 후 발색성 평가 결과를 나타내었다. 날염 직물의 K/S 값으로부터 알 수 있는 바와 같이 아크릴계 호제인 PAA를 사용하였을 경우에 상대적으로 발색성이 우수하게 나타났으며, PVA를 사용한 경우 발색성이 가장 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 한편 Gum류는 어느 정도의 발색효과는 나타내지만 부패성이 높아서 저장 안정성이 매우 불량하였고 실험과정중에도 작업성이 좋지 않았다.
- 3에 나타내었다. 디지털 날염에 있어서 호제의 점도는 실제 생산 시 전처리 작업성에 주요 인자중의 하나로 점도가 너무 높을 경우 발색성, 전처리 작업성 저하가 문제가 될 수 있으며, 또한 점도가 너무 낮을 경우 첨예성과 프린팅 시 사행도 조정에 문제가 발생될 수 있는 것으로 확인되었다.
- 11에서 알 수 있는 바와 같이 C, M, Y, K 모든 색상에서 1% 농도의 Sodium carbonate가 함유된전처리제를 사용한 경우에 가장 우수한 발색효과를 나타났으며, 그 이상의 농도에서는 오히려 발색성이 감소하였다. 또한 알칼리가 함유되지 않은 전 처리제를 사용한 경우는 예상대로 섬유상에 잉크 고착이 거의 이루어지지 않아 발색성이 매우 불량하였으며,2% 농도 이상에서는 Sodium carbonate 농도가 증가할수록 알칼리가 반응성 잉크의 가수분해에 더욱 현저한 영향을 미치므로 섬유상 고착이 감소되어 색 농도가 점차적으로 감소함을 알 수 있다. 발색성 측면에서 디지털 날염 시 알칼리의 첨가량은 약 pH 11 정도에 해당되는 1% 농도의 Sodium carbonate의농도를 사용하는 것이 적합한 것으로 판단된다.
- 또한 직물의 종류가 디지털 날염의 첨예성에 미치는 영향을 분석해 본 결과 직물의 번수가 클 수록첨예성이 감소함을 알 수 있는데, 이는 번수가 클수록 섬유는 세사가 되어 모세관 현상으로 직물 상 잉크의 번짐이 크게 발생하며, 상대적으로 직물의 두께도 더욱 얇아지게 되므로 섬유가 흡수할 수 있는 잉크량이 적어지게 되어 흡수되지 않은 잉크에 의한 번짐이 높아지게 되는 것으로 여겨진다.
- 또한 알칼리가 함유되지 않은 전 처리제를 사용한 경우는 예상대로 섬유상에 잉크 고착이 거의 이루어지지 않아 발색성이 매우 불량하였으며,2% 농도 이상에서는 Sodium carbonate 농도가 증가할수록 알칼리가 반응성 잉크의 가수분해에 더욱 현저한 영향을 미치므로 섬유상 고착이 감소되어 색 농도가 점차적으로 감소함을 알 수 있다. 발색성 측면에서 디지털 날염 시 알칼리의 첨가량은 약 pH 11 정도에 해당되는 1% 농도의 Sodium carbonate의농도를 사용하는 것이 적합한 것으로 판단된다.
- 얻어진 결과를 다음 Table 4에 나타내 었는데, 세탁견뢰도는 변퇴색, 오염도 모두 4급 이상으로 매우 우수하였으며, 일광견뢰도의 경우에도 대부분 4급 이상으로 실용적으로 우수한 견뢰도 수준을 나타내었다. 마찰견뢰도의 경우 일부에서 4등급 이하의 다소 낮은 결과를 나타내기도 하였지만, 대부분은 4등급 이상의 양호한 결과를 나타내었다.
- 그러나 최적 농도 이상의 Urea를 사용한 경우에는 농도가 증가할수록 발색성이 낮아지는데, 이것은 증열 시 응축 수분율이 과도하게 증가하여 염료의 확산, 이행이 과도하게 진행됨으로 인해 염료 잉크의 번짐현상이 발생함과 동시에 섬유상으로의 염료 잉크 흡수 및 고착현상이 감소되기 때문이라고 분석할 수 있다. 이러한 경우 실제 육안으로도 번짐현상을 관찰할 수 있는데 본 실험의 10% 이상의 Urea가 함유된 전처리제를 사용하여 디지털 날염한 직물의 경우 번짐 현상이 뚜렷하게 관찰되었다.
- 9mm로 프린팅 된 선의 두께를 측정한 결과이다. 직물의 종류와 호제의 종류에 상관없이 전체적으로 호제의 농도가 증가할수록 프린팅 되어진 선의 두께는 얇aL 즉 Q9mm에 가깝게 출력되어 우수한 첨예효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그러나 사용된 대부분 1-3% 호제 농도에서 디지털 날염에 최적의 첨예효과를 나타내고 있으며, 그 이상의 농도 조건에서는 첨예성에 큰 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있었다.
후속연구
- l에서 나타낸 바와 같이, 기존 날염 공정은 디자인 샘플 제작 시 많은 시간과 비용이 요구되는 등 생산에 소요되는 비용이 높아 부가가치가 낮은 반면, 잉크젯 날염 시스템은 디지털 방식에 의해 색상 및 디자인 변경을 쉽게 할 수 있고 기존 의제 판에 의한 날염공정으로는 불가능한 미묘한 색조표현이 가능해 다양한 디자인을 단기간에 처리할 수 있다. 이 시스템의 활용으로 공정 최소화에의 한 단납기에 대한 대응과 고정 비용 절감, 다양한 색상 및 패턴 표현능력 향상, 발달된 네트워크와 데이터베이스 시스템을 이용한 마케팅 효과, 미염착 염료와 처리제에 대한 폐수처리 부담 감소 등의 효과가 기대될 수 있으며, 무엇보다도 효율적인 다품종 소롯트 생산이 가능해 짐에 따라 빠른 시장의 변화에 민첩하게 대응함으로써 다양한 고객의 요구를 만족시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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