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문제 정의
- 의 출력을 갖는 자외선 조사기(UVO-cleaner, Jelight)에 표면처리용 램프(H형)을 사용하여 자외선 조사에너지를 달리하여 처리하였다. 자외선 조사에 의한 표면처리는 조사면의 PET 직물의 고분자 주쇄를 절단하고 산화시켜 표면친수성을 증가시키기기 때문에 표면구조를 개질시키는 목적으로 사용되었다.
제안 방법
- ATR 분석은 자외선 경화 및 표면개질 후 직물 표면의 관능기 변화를 확인하기 위해서 FT-IR spectrometer(300E, JASCO)를 사용하여 측정하였다. 미처리, 자외선 경화 및 표면개질된 직물 표면의 원소조성은 Electron spectroscopy(Quantera SXM, ULVAC-PHI)를 사용하였고 표면개질에 따른 불소 및 산소함량의 변화를 조사하였다.
- Fig. 1에서 발수제 농도 8 %owb (on the weight of bath)로 고정 후 광개시제 농도를 변화하여 발수성에 대한 영향을 확인하였다. 광개시제를 첨가하지 않은 PET는 양면 모두 3등급이었으나 BBA 1%owm(on the weigh of monomer) 첨가 후 양면 모두 5등급의 발수성을 가졌다.
- 가공제와 광개시제 등으로 제조된 가공제액에 직물을 침지하고 실험용 롤러로 압착하여 패딩비를 80%로 고정하였다. 그 후 80W/cm2의 출력을 갖는 경화처리용 램프(D형)이 장착된 연속식 자외선조사기로 조사에너지를 0.
- 미처리 PET 직물과 자외선 경화된 PET 직물, 자외선 경화 후 표면개질한 PET직물을 ATR과 ESCA, FE-SEM으로 분석하여 표면의 변화와 가공제의 코팅상태를 비교하였다.
- 미처리, 자외선 경화 및 표면개질된 직물 표면의 원소조성은 Electron spectroscopy(Quantera SXM, ULVAC-PHI)를 사용하였고 표면개질에 따른 불소 및 산소함량의 변화를 조사하였다.
- 가공된 직물의 발수도 판정에는 AATCC spray test를 사용하였다. 발수도 판정에는 처리된 시료를 시험 장치에 고정시키고 일정거리에서 노즐을 통해 250mL의 증류수를 뿌린 후 표준등급과 비교하여 판정하였다. Table 1은 발수도 판정에 사용되는 표준등급의 표현이다.
- 자외선/오존에 의한 표면처리는 자외선과 자외선 조사 시 발생한 오존에 의해 고분자 주쇄를 절단시키고 표면산화를 일으켜 페놀성 히드록시기, 카르복시기 등 음이온성기가 도입되어 액체에 의한 젖음성 등 친수성과 고에너지 표면에 대한 부착성 등을 향상 시킬 수 있어 이를 이용한 편면발수가공법도 연구되었다22-24). 본 연구에서는 자외선경화가 가능한 불소계 발수제와 물에 용해되는 광개시제가 첨가된 수용액을 PET직물에 패딩하고 자외선으로 경화하여 양면 모두 발수성을 부여된 섬유를 자외선 조사처리를 통해 표면개질하여 표면친수성을 증가시키고 자외선 조사에너지를 달리하여 양면의 발수성을 조절하였다.
- 6L를 넣고 20g의 의류용 세제를 용해시킨 후 시료를 넣고 5분간 손세탁을 하여 2분 동안 2회 헹군 후 건조시켰다. 상기 세탁을 반복하여 부여된 기능성의 세탁에 대한내구성을 평가하였다.
- 자외선 경화 조성의 최적 조건인 BBA 1 %owm, 발수제 6 %owb를 사용하여 양면 모두 5등급인 직물에 한 면에만 자외선 에너지를 달리하여 양면의 발수성의 차이를 알아보았다. Fig.
- 자외선 경화가 가능한 불소계 발수제와 물에 용해되는 광개시제가 첨가된 가공제액을 UV경화하여 PET 직물의 양면 모두 발수성을 부여한 후 자외선 조사로 표면개질하여 표면친수성을 증가시켜 편면 발수가공을 도입하였다. PET 직물은 BBA 1 %owm, 발수제 6 %owb에서 발수성 5등급으로 최적 자외선 경화조성 조건임을 확인하였다.
- 자외선 경화처리가 된 PET 직물의 한 면을 24W/cm2의 출력을 갖는 자외선 조사기(UVO-cleaner, Jelight)에 표면처리용 램프(H형)을 사용하여 자외선 조사에너지를 달리하여 처리하였다. 자외선 조사에 의한 표면처리는 조사면의 PET 직물의 고분자 주쇄를 절단하고 산화시켜 표면친수성을 증가시키기기 때문에 표면구조를 개질시키는 목적으로 사용되었다.
- 자외선 조사처리를 통해 발수성이 부여된 PET 섬유의 표면을 산화시켜 친수성기를 도입하였고 자외선 조사에너지를 달리하여 발수성 차이를 조절할 수 있다.
- 미처리, 자외선 경화 및 표면개질된 직물 표면의 원소조성은 Electron spectroscopy(Quantera SXM, ULVAC-PHI)를 사용하였고 표면개질에 따른 불소 및 산소함량의 변화를 조사하였다. 주사전자현미경(FE_SEM, JEOL 6500F)으로 가공된 표면의 미세구조 변화를 관찰하였다.
- 85J/cm2으로 고정하여 자외선조사에 의해 경화하였다. 처리된 직물은 수회수세하여 건조하였다.
- 최적의 조건인 BBA 1 %owm, 발수제 6 %owb를 사용하여 자외선 경화하고 53J/cm2의 자외선 조사 에너지로 표면개질하여 양면의 발수 차이가 4등급이 나는 직물을 30회까지 세탁내구성을 측정하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 PET 직물(57g/m2)을 각각 20cm×20cm으로 잘라 사용하였고 발수가공제는 니카 코리아에서 시판중인 제품 (KF-1200)을 제공받아 사용하였고 광개시제는 수용성 광개시제인 4-Benzoylbenzoic acid (BBA)를 Aldrich에서 구입하여 사용하였다.
이론/모형
-
2.3 발수성 평가
가공된 직물의 발수도 판정에는 AATCC spray test를 사용하였다
. 발수도 판정에는 처리된 시료를 시험 장치에 고정시키고 일정거리에서 노즐을 통해 250mL의 증류수를 뿌린 후 표준등급과 비교하여 판정하였다.
성능/효과
- 25회 세탁 후 전면 5등급 후면 1등급으로 발수성 변화가 없었고 30회 세탁 후 전면 4등급 후면 1등급으로 80%의 발수성을 유지하여 우수한 세탁내구성을 가지고 있음을 확인하였다(Fig. 4).
- 자외선 경화가 가능한 불소계 발수제와 물에 용해되는 광개시제가 첨가된 가공제액을 UV경화하여 PET 직물의 양면 모두 발수성을 부여한 후 자외선 조사로 표면개질하여 표면친수성을 증가시켜 편면 발수가공을 도입하였다. PET 직물은 BBA 1 %owm, 발수제 6 %owb에서 발수성 5등급으로 최적 자외선 경화조성 조건임을 확인하였다. 표면개질을 위해 경화된 표면에 대한 자외선 조사에너지가 증가함에 따라 양면의 발수성의 차이가 증가하였고 자외선 조사에너지 53J/cm2에서 최대 4등급의 발수도 차이를 보였고, 30회 세탁 시 약 80% 이상의 기능성을 유지하여 우수한 세탁내구성을 유지하였다.
- 1에서 발수제 농도 8 %owb (on the weight of bath)로 고정 후 광개시제 농도를 변화하여 발수성에 대한 영향을 확인하였다. 광개시제를 첨가하지 않은 PET는 양면 모두 3등급이었으나 BBA 1%owm(on the weigh of monomer) 첨가 후 양면 모두 5등급의 발수성을 가졌다. 이는 발수제가 광개시제가 없어도 자외선 경화가 가능하고 소량의 광개시제를 첨가하여도 발수성 향상 효과가 큰 것으로 보인다.
- 표면개질을 위해 경화된 표면에 대한 자외선 조사에너지가 증가함에 따라 양면의 발수성의 차이가 증가하였고 자외선 조사에너지 53J/cm2에서 최대 4등급의 발수도 차이를 보였고, 30회 세탁 시 약 80% 이상의 기능성을 유지하여 우수한 세탁내구성을 유지하였다. 또한 ATR과 ESCA분석을 통해 자외선 경화한 직물 표면은 불소화합물의 도입으로 인한 불소함량이 증가하였고, 가공 후 표면개질한 경우 산화에 따른 친수성기의 도입으로 인한 산소함량의 증가와 불소함량의 감소하였다. 직물표면의 전자현미경 사진을 통해 자외선 경화 처리에 의해 직물에 가공제가 도입되었음을 확인하였다.
- 2는 광개시제인 BBA농도 1 %owm로 고정후 발수제 농도를 변화하여 발수성을 측정한 결과이다. 발수제 농도가 증가함에 따라 발수성도 증가하는 경향을 보이고 6 %owb 이상에서 모두 5등급의 발수성을 가졌다. 따라서 발수제 농도는 6%owb가 적합하다고 판단하였다.
- 자외선 경화된 직물은 미처리 직물보다 O1s/C1s와 F1s/C1s가 증가함을 알 수 있는데 이는 발수제에 함유된 카르복시기와 불소화합물에 의해 산소와 불소의 함량이 증가하였다고 생각된다. 자외선 경화 후 표면개질한 직물의 표면에서는 페놀성 히드록시기, 카르복시기 등 음이온성기가 도입되어 산화반응이 일어나 O1s/C1s가 증가하였고 자외선에 의해 불소화합물의 절단이 일어나 F1s/C1s가 감소하였다고 사료된다.
- 또한 ATR과 ESCA분석을 통해 자외선 경화한 직물 표면은 불소화합물의 도입으로 인한 불소함량이 증가하였고, 가공 후 표면개질한 경우 산화에 따른 친수성기의 도입으로 인한 산소함량의 증가와 불소함량의 감소하였다. 직물표면의 전자현미경 사진을 통해 자외선 경화 처리에 의해 직물에 가공제가 도입되었음을 확인하였다.
- PET 직물은 BBA 1 %owm, 발수제 6 %owb에서 발수성 5등급으로 최적 자외선 경화조성 조건임을 확인하였다. 표면개질을 위해 경화된 표면에 대한 자외선 조사에너지가 증가함에 따라 양면의 발수성의 차이가 증가하였고 자외선 조사에너지 53J/cm2에서 최대 4등급의 발수도 차이를 보였고, 30회 세탁 시 약 80% 이상의 기능성을 유지하여 우수한 세탁내구성을 유지하였다. 또한 ATR과 ESCA분석을 통해 자외선 경화한 직물 표면은 불소화합물의 도입으로 인한 불소함량이 증가하였고, 가공 후 표면개질한 경우 산화에 따른 친수성기의 도입으로 인한 산소함량의 증가와 불소함량의 감소하였다.
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