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문제 정의
- 본 연구에서는 하절기에 주로 사용되는 통기성이 좋은 박지 아마직물의 구김회복성을 개선시키고 자외선 차단효과를 높이면서 항균과 소취 등의 기능성을 부여해 보고자 하였다.
- 셀룰로오스 섬유를 포함하는 직물에 수지로 가교결합을 형성시켜 줌으로써 방추가공을 하게 되는데 가교제와 셀룰로오스의 반응은 섬유의 조성, 촉매의 농도, 열처리 온도, 가교제 농도 등과 관계가 있으므로 이러한 조건들이 아마섬유의 가교에 어떠한 영향을 미치는지를 살펴보았다.
- 은나노 입자를 자외선 흡수제와 수지욕에 혼합하여 직물에 처리하여도 은의 항균성이 부여될 수 있는지를살펴보았다. <Fig.
제안 방법
- <Fig. 1>에서 가교제인 DMDHEU에 대한 촉매의 최적 조건을 알아보기 위하여 MgC12·6H2O의 농도를 0.4%, 1.2%, 1.8%(o.w.f.)로 변화시켜 첨가하고 160℃에서 5분간 아마직물에 열처리한 후 방추성의 변화를 살펴보았다. 촉매 인 MgC12·6H2O의 농도가 증가함에 따라 방추성이 향상되었으며 1.
- 가공 직물의 표면구조 특성은 주사전자현미경(Scanning Electro Microscope SX-40A, Japan, 이하 SEM이라함)을 사용하여 처리전후와 세탁전후를 비교 관찰하였다.
- 가공욕 조성에 따른 자외선 차단성의 영향을 살펴보기 위하여 자외선 흡수제에 은나노와 수지를 단독 혹은 혼합한 7종의 가공욕을 조성 한 후에 직물에 처 리한 후 직물의 자외선 투과율과 자외선 차단지수(SPF) 를 비교하였다. <Table 6>에서 자외선 흡수제를 첨가한 D/U/Ag, U/Ag, D/U, U 가 자외선 흡수제를 첨가하지 않은 D/Ag, Ag, D 및 미처리포에 비하여 자외선투과율은 유의하게 낮게 나타나고 SPF는 증가하는 것으로 나타났다.
- 시료의 기본 특성은<Table 1>과 같다. 가교제는 가교성능이 우수하며 가격이 저렴하고 간단한 처리공정으로 행할 수 있는 DMDHEU (Fixapret, Korea)를 사용하였으며 자외선 흡수제는 일광에 비교적 안정하고 자외선 흡수파장영역이 광범위한 2, 2'-dihydroxy-4, 4'- methoxybenzophenone(ACROSORGANICS, USA)을 사용하였다. 은나노 가공에 사용되는 은(silver)은 엔티베이스(주)로부터 제공받은 것 (NT-S150)으로, 순도 99.
- , 2008). 그러므로 촉매의 농도는 방추성 향상과 함께 수지화의 촉진으로 인한 강도저하를 고려하여 결정할 필요가 있으며 후속되는 실험에서는 촉매의 농도를 1.2%로정하였다.
- 이는 셀룰로오스의 분자량이 클수록 가교형성이 높아서 가교제가 많이 필요하게 되지만 촉매에 의한 셀룰로오스 분자 사슬의 일부가 절단되기 때문에 강도가 저하되는 것이라고 생각된다. 따라서 방추성 향상과 강도 감소율을 감안하여 최적 가교제의 농도를 6%로 정하였다.
- 셀룰로오스 직물을 150℃ 이상에서 열처리를 하면 탈수작용을 일으켜 섬유가 취화되어 강도가 저하하며 황변현상이 발생한다(Lee & Kim, 2005). 따라서열처리 온도와 시간은 처리 후 아마직물의 강도 저하와 황 변발 생과 같은 물성의 손상 등을 고려하여 후속되는 실험에서는 열처리 온도를 160℃에서 5분간 처리하였다.
- 자외선 흡수제의 농도가 높거나 직물의 두께가 두꺼우며 농색일수록 자외선 차단성은 향상될 수 있으나 가공 후 물성이 저하될 수 있으며, 커버펙터가 높고 직물이 두껍고 무거우면 통기성이 낮아 하절기 의류소재에는 적당하지 않다는 문제점이 있다. 본 연구에서 밀도가 성글고 두께가 얇은 직물을 사용하였기 때문에 가공 후에도 높은 SPF 값을 기대하기는 어렵지만 백색 직물에 자외선 차단성을 향상시키면서 동시에 통기성과 물성의 저하를 최소화 할 수 있도록 하기 위하여 매우 낮은 농도의 자외 선 흡수제를 처리 하였다.
- 위사 방향으로 10회 측정 후 평균과 표준편차를 구하여 평가하였다. 색차계 (Color Difference Meter, Minolta, Japan) 를 사용하여 3자극치 X, % Z로부터 ASTM E-313-73에의 하여 황변도(YI)를 산출하였다. 직물의 자외선 차단성은 적분구가 부착된 자외선/가시 spectrophotometer(Perk in Elmer, U.
- 소취성은 가스검지관법에 의해 1L의 밀폐 용기에 암모니아 가스를 함유한 용액을 첨가하고 용기 내의 초기 가스농도가 5(X)ppm이 되도록 조정한 후 lOx] 0cm 가공포를 넣은 후 30분, 60분, 90분, 120분 경과 후에 용기에 남아있는 가스농도를 측정하였다.
- 아마직물의 복합기능성을 향상시키기 위하여 자외선 흡수제와 은나노를 셀룰로오스 섬유의 가교제로 많이 이용되고 있는 DMDHEU에 혼합하여 혼합욕을 조성한 후에 아마직물의 물성 및 기능성을 평가한 결과는 다음과 같다.
- 은나노가 자외선 차단성에 미치는 영향을 알아보기위하여 가교제인 DMDHEU 6%(o.w.f.)와 자외선 흡수제 0.2%(o.w.f.)를 혼합한 후 은나노를 농도별(0.1%, 0.3%, 0.5%, 1%, o.w.f.)로 첨가한 혼합욕에 처리한 아마직물의 자외선 차단성 변화를 살펴보았다. <Fig.
- 자외선 흡수제 농도 및 은나노 농도에 대한 물성 변화를 각각 알아보기 위하여 DMDHEU 수용액에 대한 MgCli6H2O의 농도를 1.2%(o.w.f.)로 첨가하여 처리한 후 방추성과 인장강도 및 강연성을 평가하였다. <Table 4>에서 자외선 흡수제 첨가에 의해 아마직물의 방추성은 다소 향상되었으며 자외선 흡수제 농도가 증가함에 따라 방추성의 변화는 나타나지 않았다.
- 색차계 (Color Difference Meter, Minolta, Japan) 를 사용하여 3자극치 X, % Z로부터 ASTM E-313-73에의 하여 황변도(YI)를 산출하였다. 직물의 자외선 차단성은 적분구가 부착된 자외선/가시 spectrophotometer(Perk in Elmer, U.S.A)에 사용하여 적분구 바로 전면에 시료를 놓은 후 290~400nm 파장범위의 파장을 최소 5nm 파장단위로 주사하면서 자외선 투과율을 측정하였다.
- 직물의 항균성 (KS K 0693:2006)은 황색포도상구균 (Statyloc occus aureus ATCC 6538)과 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)을 공시균으로 이용하여 접종한 후 18시간 후 생균수를 측정하였고 균 감소율을 계산하였다. 소취성은 가스검지관법에 의해 1L의 밀폐 용기에 암모니아 가스를 함유한 용액을 첨가하고 용기 내의 초기 가스농도가 5(X)ppm이 되도록 조정한 후 lOx] 0cm 가공포를 넣은 후 30분, 60분, 90분, 120분 경과 후에 용기에 남아있는 가스농도를 측정하였다.
- Ltd)하여 여분의 가공욕을제거하였다. 패딩한 직물은 프레임에 고정시킨 후 열풍건조기에 넣어 80±5℃에서 5분간 건조하고 160℃와 180℃에서 각각 3분과 5분간 열처리한 후 24시간 동안 자연 건조시 켜 물성 및 기능성 을 측정하였다.
대상 데이터
- A) 및 촉매제로 MgCh . 6H2O(Junsei Chemical Co., Japan)의 시 약을 사용하였다.
-
1. 시료 및 시약
시료는 자외선 차단을 가장 필요로 하는 여름철 의류에 주로 사용되는 100% 아마직물로 한정하여 정련 표백한 것을 실험에 사용하였다. 시료의 기본 특성은<Table 1>과 같다.
- 자외선 흡수제(0.1%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, o.w.f), 나노실버파우4더 (0.1%, 0.3%, 0.5%, 1.0%, o.w.f), DMDHEU(3%, 6%, 9%, 12% o.w.f.), 조제와 촉매 등의 첨가 유무에 따라 8종의 가공욕 조건인 Control(통제시료), D/U/Ag (수지/자외선 흡수제/은나노), D/(수지/자외선 흡수제), D/Ag(수지/은나노),D(수지), U/Ag(수지/은나노), U(자외선 흡수제), Ag(은나노)의 조합으로 가공욕을 준비하였다. 통제시료(이하 control 시료라고 함)는 조제와 촉매제만으로 패딩과 열처리를 동일한 방법으로 처리하여 준비하였다.
데이터처리
- (Shimadzu, Japan)를 사용하여 각각 경 . 위사 방향으로 10회 측정 후 평균과 표준편차를 구하여 평가하였다. 색차계 (Color Difference Meter, Minolta, Japan) 를 사용하여 3자극치 X, % Z로부터 ASTM E-313-73에의 하여 황변도(YI)를 산출하였다.
이론/모형
- 세탁은 KS K 0430법에 준하여 Launder-O-Meter (Atlas, USA)를 사용하여 10회 반복세탁한 후 직물의 자외선 차단성 (KS K 0850), 방추성 (KS K 0550), 강 연성 (KS K 0539), 항균성 (KS K 0693:2006), 소취성 및표면구조를 측정하였다.
- 직물의 방추성은 개각도법(KS K 0550), 강연성은 컨틸레버법(KS K 0539), 인장강도(KS K 0521)는 인장강도기 (Shimadzu, Japan)를 사용하여 각각 경 . 위사 방향으로 10회 측정 후 평균과 표준편차를 구하여 평가하였다.
성능/효과
- 1. 아마직물의 DMDHEU 농도를 6%로 하여 MgCh- 6H2O 촉매의 농도 1.2%(o.w.f.)에서 160에서 5분간 열처리하여 강도저하를 최소화하면서 방추성의 향상을 얻을 수 있었다.
- 2. 방추성을 향상시키기 위하여 사용하는 DMDHEU 에 자외선 흡수제와 은나노를 혼합하여 처리하면 DMDHEU의 단독처리보다 아마직물의 방추성을 유지시키면서 물성저하를 감소시킬 수 있었다.
- 3. 아마직물의 자외선 차단성은 자외선 흡수제 첨가에 의해 향상되었으며 은나노를 자외선 흡수제와 함께 수지욕에 첨가하여 처리하면 자외선 차단성을 향상시킬 수 있다.
- 4. 자외선 흡수제를 은나노와 수지에 혼합 처리하여 항균성과 소취성이 향상되었다.
- <Fig. 4> 에서 미처리시료에 비해 control 시료 및 은나노 첨가에 의한 처리시료의 자외선 차단성이 향상되었으며 은 나노 농도 증가에 따라 다소 증가하는 경향을 보였으나 변화는 그다지 크지 않았다. 나노 사이즈의 은 입자를 직물표면에 처리하면 은나노 입자가 섬유 내부 혹은 표면에서 빛을 반사 내지 산란시켜 직물의 자외선 투과율을 감소시키는데 기여할 수 있다고 알려져있으며 Jiang et al.
- 5. 세탁 후 아마직물의 자외선 차단성, 방추성, 강연 성의 유의한 변화는 나타나지 않았으며 세탁 후에도 복합가공 아마직물은 미처리포에 비해 우수한 항균 . 소취성을 유지하였다.
- 8X10, 이며 18시간 후 균수를 측정한 결과 은나노 처리 전의 아마직물은 생균수가 3.OX1O3 로 감소하였으나 은나노 처리 후 생균수가 10 미만으로 더욱 감소한 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 황색포도상구균에 대한 아마섬유 자체의 항균성이 있으나 폐렴균에 대하여 은나노 처리 후에 아마직물의 항균성을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
- 이상의 결과에서 황색포도상구균에 대한 아마섬유 자체의 항균성이 있으나 폐렴균에 대하여 은나노 처리 후에 아마직물의 항균성을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 본 연구에서 0.1%(o.w.f.) 농도의 은나노 입자를 수지와 자외선 흡수제에 혼합 가공한 경우 아마직물의 항균성을 부여할 수 있음을 확인하였다.
- )로 하고 가교제인 DMDHEU의 농도를 3%, 6%, 9%, 12%로 변화 시켜 아마직물에 패딩 건조한 후 열처리 온도를 160℃ 에서 5분간 처리한 면직물과 아마직물의 방추도 변화를 나타낸 것이다. 아마직물의 방추성은 미처리포가 94°(W+F)로 매우 낮은데 6%의 가교제 처리 시 방추각이 229°(W+F)로 증가하여 미처리포에 비하여 140% 이상의 방추성 향상을 얻을 수 있었다. 일반적으로 아마 직물에 면직물과 동일한 수준의 방추도를 부여하기 위해서는 면에 비해 훨씬 많은 양의 가교제가 필요하게 되는데 이에 따라 직물의 물성을 크게 감소시킬 수 있다(이돈원 외, 1998).
- 6%)에 따른 면직물과 아마직물의 자외선 차단성의 변화를 나타낸 것이다. 아마직물의 자외선 A와 자외선 B영역에서의 차단율(%)은 자외선 흡수제 처리에 의해 향상되었고 자외선 흡수제 농도의 영향은 0.2%(o.w.f) 이상에서 더 이상 향상시키지 않는 것을 알 수 있다. 이상의 결과에서 0.
- <Table 10>에서 세탁전후 아마직물의 소취성을 살펴보면, 세탁 후 소취성은 미처리포 및 처리포에서 약간 감소하였으나, 수지/자외선 흡수제/은나노를 첨가한 D/U/Ag의 소취성이 미처리포와 D/U보다 유의하게 높게 나타나 세탁 후에도 소취성이 유지될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 결과로 자외선 차단 아마직물의 복합기능성을 부여하기 위하여 은나노와 수지를 사용하면 세탁내구성이 있는 자외선 차단성, 항균성, 소취성 및 방추성을 동시에 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 자외선 흡수제 첨가에 의해 인장강도와 강연성에서도 유의한 변화가 나타나지 않았다. <Table 4>에서 은나노 농도가 방주성 증가에 유의한 영향을 미치지는 않았으며 은나노 농도가 증가함에 따라 인장강도는 다소 증가하는 경향을 보였으며 은나노 농도가 1.0%에서는 오히려 감소하는 경향을 나타내었으나 뚜렷한 변화를 보이지 않았다. 은나노 입자를 자외선 흡수제와 수지욕에 혼합하여 직물에 처리하면 섬유의 표면과 미세공간 사이로 흡수되어 직물의 방추도를 유지하면서 물성 등에 크게 영향을 미치지 않는다고 생각된다.
- <Table 6>에서 자외선 흡수제 및 은나노와 수지로 처리된 아마직물의 개각도값을 살펴보면, 가공 직물의 개각도 값이 미처리포보다 모두 높게 나타났으며수지를 첨가하여 처리한 D/U/Ag, D/U, D/Ag, D가 수지를 첨가하지 않고 처리한 U/Ag, U, Ag보다 개각 도가 각각 높아 DMDHEU를 자외선 흡수제와은 나노와 혼합하여 처리하면 면직물과 아마직물의 구김 회복 성향상에 도움이 된다는 사실을 확인할 수 있다.
- 비교하였다. <Table 6>에서 자외선 흡수제를 첨가한 D/U/Ag, U/Ag, D/U, U 가 자외선 흡수제를 첨가하지 않은 D/Ag, Ag, D 및 미처리포에 비하여 자외선투과율은 유의하게 낮게 나타나고 SPF는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 강미정, 권영아(2001)의 선행연구에서 자외선 흡수제로 사용된 2, 2, -dihydroxy-4, 4, -dimethoxybenzophenone0] 첨가된 가공욕이 높은 흡광도를 나타내기 때문에 자외선 에너지를 흡수하는데 효과적으로 작용하고, 이 가공욕이 직물에 처리될때 소량의 흡착에 의해서도 직물의 자외선 차단성을 높이는 것을 알 수 있다.
- 은나노를 가공욕 속에 첨가하여 처리한 D/U/Ag, D/Ag, U/Ag는 은나노를 첨가하지 않고 처리한 D/U, D, U보다 자외선 A와 B영역에서 투과율이 각각 낮고 자외선 차단지수는 대체로 높게 나타났다. 이러한 결과로써 은나노 단독처리보다는 자외선 흡수제와 수지를 혼합하여 처리하면 아마직물의 자외선 차단성 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다.
- 6>은 은나노를 처리한 아마직물의 소취율을 나타낸 것이다. 은나노를 자외선 흡수제와 수지 욕에 첨가하여 아마직물에 처리한 D/U/Ag가 미처리포와 자외선 흡수제와 수지를 혼합한 D/U보다 소취율이 높게 나타나 은나노 첨가에 의해 소취성이 부여될 수 있음을 확인하였다.
- 이러한 결과로써 은나노 단독처리보다는 자외선 흡수제와 수지를 혼합하여 처리하면 아마직물의 자외선 차단성 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다. 특히 아마직물은 선행연구(강미정, 권영아, 2009)에서 같은 조건에서 처리한 면직물에 비해 D/U/Ag 혼합 가공처리 시 자외선 차단성의 향상 효과는 유의하게 큰 것으로 나타났다.
- f) 이상에서 더 이상 향상시키지 않는 것을 알 수 있다. 이상의 결과에서 0.2%의 자외선 흡수제를 수지 욕에 혼합하여 처리 하면 면직물과 아마직물의 방추성 향상과 동시에 자외선 차단성도 부여할 수 있음을 알 수 있다.
- OX1O3 로 감소하였으나 은나노 처리 후 생균수가 10 미만으로 더욱 감소한 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 황색포도상구균에 대한 아마섬유 자체의 항균성이 있으나 폐렴균에 대하여 은나노 처리 후에 아마직물의 항균성을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 본 연구에서 0.
- <Table 7>에서 세탁전후 아마직물의 자외선. 차단율을 비교해보면 10회 세탁 후에 가공처리 직물의 자외선 A와 자외선 B의 차단율(%)은 다소 감소되었으나 감소율이 크지 않아 자외선 차단성을 유지할 수 있음을 확인하였다.
- )로 변화시켜 첨가하고 160℃에서 5분간 아마직물에 열처리한 후 방추성의 변화를 살펴보았다. 촉매 인 MgC12·6H2O의 농도가 증가함에 따라 방추성이 향상되었으며 1.2% 이상의 농도에서 DMDHEU와 셀룰로오스와의 반응이 촉진되어 방추성이 커짐을 알 수 있다. 셀룰로오스의 수지가공 시 첨가하는 염화마그네슘과 같은 금속염촉매는 수용액 중에서 산성으로 작용하며, 셀룰로오스는 산이 존재하는 상태에서 고온의 열을 받으면 가수분해되어 고분자 사슬이 부분적으로 절단되어 인장강도의 저하를 가져온다(박윤철, 1997).
- 이러한 결과로써 은나노 단독처리보다는 자외선 흡수제와 수지를 혼합하여 처리하면 아마직물의 자외선 차단성 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다. 특히 아마직물은 선행연구(강미정, 권영아, 2009)에서 같은 조건에서 처리한 면직물에 비해 D/U/Ag 혼합 가공처리 시 자외선 차단성의 향상 효과는 유의하게 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과는 수지가공에 의한 방추성 향상 결과에서도 나타났듯이 수지처리에 의해 아마직물에서 효과적으로 가교결합이 형성되었으며 은나노가 수지 욕에 혼합되면 수지가 바인더 역할을 하여 직물에 고르게 분산시키고 자외선 흡수제와 함께 은나노가 자외선 차단에 긍정적인 기여를 한 것으로 생각된다.
- 이러한 결과는 수지가공에 의한 방추성 향상 결과에서도 나타났듯이 수지처리에 의해 아마직물에서 효과적으로 가교결합이 형성되었으며 은나노가 수지 욕에 혼합되면 수지가 바인더 역할을 하여 직물에 고르게 분산시키고 자외선 흡수제와 함께 은나노가 자외선 차단에 긍정적인 기여를 한 것으로 생각된다. 한편 은나노 또는 수지 단독처리는 아마직물의 자외선차단에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
후속연구
- 알 수 있다. 이러한 결과로 자외선 차단 아마직물의 복합기능성을 부여하기 위하여 은나노와 수지를 사용하면 세탁내구성이 있는 자외선 차단성, 항균성, 소취성 및 방추성을 동시에 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
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