[논문]800 nm급 해도형 폴리에스터 초극세사 편성물의 감량 거동 및 염색 특성

신은숙; 김현성; 이정진

doi:10.12772/tse.2012.49.1.018

800 nm급 해도형 폴리에스터 초극세사 편성물의 감량 거동 및 염색 특성
Weight Reduction Behavior and Dyeing Properties of Sea-island PET Ultra-microfiber Knitted Fabrics 원문보기

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.49 no.1, 2012년, pp.18 - 25

신은숙 (단국대학교 파이버시스템공학과) , 김현성 (단국대학교 파이버시스템공학과) , 이정진 (단국대학교 파이버시스템공학과)

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Weight reduction behavior and dyeing properties of sea-island PET ultra-microfiber knitted fabrics were compared to those on the fabrics of the conventional microfiber. In the dissolution of the sea component out of seaisland type nanofilaments, it is important to determine the optimum alkaline treatment time in order to avoid the further damage of island component. SEM micrographs reveal that the dissolution of the sea component of each nanofilament fabric completed after 30 or 40 min at $95^{\circ}C$. Build-up property of disperse dye on sea-island type PET fabric from microfiber or nanofilament was generally good. Color yield of fabric from micro filament was higher than that from the nanofilament. Color yield of the fabric from PET micro- or nano-filament was found out to be dependent upon the dyeing temperature. The color yield decreased as the dyeing temperature increased. Wash fastness was moderate and light fastness was very poor.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

견뢰도 시험전, 각 시료를 180 °C, 60초 동안 텐터(미니텐터 DL-2015, DaeLim, Korea)에서 열처리한 후 세탁견뢰도(ISO 105-C06/C1S), 일광견뢰도(ISO 105-B02)를 측정하였다.
나노필라멘트와 마이크로파이버 편성물의 염색속도를 비교하기 위하여, Dye-O-meter 시스템(염색기: HanBat Automitic Control Co., Ltd., 소프트웨어: Dyemax-L)을 사용하여 액비 40:1의 조건으로 시료 15 g, 2.0 %owf의 염료를 투입하고 1 °C/min의 속도로 130 °C까지 승온하여 40분 동안 염색하였다.
나노필라멘트와 마이크로파이버의 섬도별 염색속도를 비교하기 위하여, Dye-O-meter 시스템을 사용하여 최종흡진율과 염착속도를 분석하였다. Figure 9는 나노필라멘트 편성물(N800-1)과 마이크로파이버 편성물(M-1)을 Foron Rubine S-WF으로 2 %owf에서 염색시의 염착거동을 측정한 그래프이다.
이 논문에서는 원사 직경 800 nm급(0.007 dpf)의 폴리에스터 나노필라멘트 편성물의 감량특성, 염색성 및 견뢰도 특성을 0.09 dpf급의 해도형 마이크로파이버 편성물과 비교, 고찰하였다.
0 %owf의 염료를 투입하고 1 °C/min의 속도로 130 °C까지 승온하여 40분 동안 염색하였다. 이 때 5분 간격으로 염욕의 흡광도를 측정하여 승온염착곡선을 작성하고 최종흡진율을 측정하였다.
이 연구에서는 800 nm급(0.007 dpf)의 해도형 초극세/나노필라멘트 편성물의 감량거동, 염색성 및 견뢰도 특성을 0.09 dpf급의 해도형 및 분할형 마이크로파이버 편성물과 비교, 고찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
이때 염료농도(0.5~5 %owf), 염색온도(110~130 °C), 액비(10:1~50:1) 등을 변화시켜 각 공정 변수의 영향을 살펴보았다.
피염물의 염색성을 알아보기 위하여, 염색이 끝난 편물 원단을 두 번 접어 네 겹으로 만든 다음 측색기(COLOR EYE 3000, Gretag Macbeth)를 이용하여 광원 D65, 관측 시야 10 °의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다.

대상 데이터

감량과 염색시 사용된 acetic acid, NaOH, Na2S2O4 등의 시약은 모두 1급 시약을 사용하였다. 염색을 위해 극세사 섬유용 분산염료 삼원색 Foron Rubine S-WF, Foron Yellow Brown RD-S, Foron Blue RD-E를 Clariant사로부터 공급받아 사용하였다.
일정한 조건으로 감량된 시료를 분산염료 삼원색 3종(Foron Rubine S-WF, Foron Yellow Brown RD-S, Foron Blue RD-E)을 이용하여 Figure 3의 조건에 따라 염색하였다. 이때 염료농도(0.
피염물로는 폴리에스터 해도형 나노필라멘트 환편물 2종과 마이크로파이버 환편물 2종(분할형 1종 및 해도형 1종)을 (주)KMF로부터 제공받아 사용하였으며 구성 원사의 조성및 특성은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 나노필라멘트 및 마이크로파이버 원사의 단면 사진(SEM)은 Figure 1과 같다.

이론/모형

피염물의 염색성을 알아보기 위하여, 염색이 끝난 편물 원단을 두 번 접어 네 겹으로 만든 다음 측색기(COLOR EYE 3000, Gretag Macbeth)를 이용하여 광원 D65, 관측 시야 10 °의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다. 최대 흡수파장의 표면 반사율로부터 겉보기 색농도로서 K/S 값을 다음의 Kubelka-Munk 식에 의해 구하였다.

성능/효과

Figure 8은 Foron Rubine S-WF를 사용하여 시료별로 액비에 따른 염색성을 K/S 값으로 나타낸 그래프이다. 4종의 시료 모두 액비의 영향을 크게 받지 않은 것으로 나타났다. 이는 물에 잘 녹지 않는 분산염료의 일반적인 특성에 기인한 것으로 설명할 수 있다.
4종의 편성물 모두 130 °C에서 110 °C로 염색온도가 낮을수록 높은 K/S 값을 나타냈다.
Figure 5는 알칼리 처리 전후의 나노필라멘트 시료와 마이크로파이버 시료의 SEM 사진이다. N800-1과 N800-2의경우 처리 전과 처리 후를 비교하면, 알칼리처리에 의해 해성분이 용출되고 도성분이 모두 분할(A 부분)되어 있음을 볼 수 있으며, 고수축 PET 성분 또는 일반 PET 성분(B 부분)은 감량에 영향을 받지 않고 모양과 굵기가 유지되고 있음이 관찰되었다. 고배율(×5000)로 확대한 옆면사진에서 분할되어 있는 파이버가 1 µm 미만의 직경(800 nm급)을 가짐을 확인할 수 있다.
또한 마이크로파이버가 나노필라멘트보다 초기 감량속도가 빨랐으며 이는 감량전 단사 섬도가 낮은 마이크로파이버 편성물이 알칼리에 더 쉽게 노출되기 때문으로 해석된다. SEM 분석을 통해 알칼리 감량공정에서 해성분 용출 및 도성분의 분할이 효과적으로 이루어졌음을 확인하였다.
고배율(×5000)로 확대한 옆면사진에서 분할되어 있는 파이버가 1 µm 미만의 직경(800 nm급)을 가짐을 확인할 수 있다.
모든 피염물은 3등급 이상의 양호한 결과를 보였고 첨부백포 오염정도는 acetate, nylon, PET 순서로 오염정도가 심했다. 또한 전체적으로 마이크로파이버보다 섬도가 가는 나노필라멘트 피염물의 경우 대체로 0.5~1.5등급 낮은 견뢰도 등급을 보였다. 이는 동일한 겉보기 농도를 나타내기 위해서 세섬도의 섬유가 더 많은 양의 염료를 필요로 하게 되며, 결과적으로 열고정시 염료들이 섬유표면으로 열이행(thermomigration)되어 세탁시 쉽게 탈락됨에 따라 주변 섬유로 오염시키기 때문이라고 추측된다.
분산염료 삼원색으로 염색한 4종의 편직물에 대한 세탁견뢰도 시험 결과를 Table 2에 나타내었다. 모든 피염물은 3등급 이상의 양호한 결과를 보였고 첨부백포 오염정도는 acetate, nylon, PET 순서로 오염정도가 심했다. 또한 전체적으로 마이크로파이버보다 섬도가 가는 나노필라멘트 피염물의 경우 대체로 0.
분산염료 삼원색으로 감량된 나노필라멘트 편성물과 마이크로파이버 편성물을 염색하였을 때 빌드업성은 전체적으로 우수하였다. 또한 마이크로파이버가 나노필라멘트보다 높은 K/S 값을 보였으며, 이는 나노필라멘트의 섬도가 작음에 따른 겉보기 농도 저하현상 및 초극세사에서 일반 PET사로의 이염현상 때문으로 보인다.
세탁견뢰도는 마이크로파이버 시료에 비해 섬도가 가는 나노필라멘트 시료가 0.5~1.5등급 정도 낮은 결과를 나타내었다. 일광견뢰도의 경우 나노필라멘트로 구성된 시료들은 1등급으로 매우 낮았으며 마이크로파이버 시료는 2~3등급으로 다소 낮은 견뢰도를 나타내었는데 이러한 결과 가는 섬도 때문이라고 해석된다.
4종의 편성물 모두 130 °C에서 110 °C로 염색온도가 낮을수록 높은 K/S 값을 나타냈다. 염착곡선을 측정한 결과 나노필라멘트가 마이크로파이버보다 섬도가 가늘어 빠른 염착속도를 나타내었고 모두 높은 흡진율을 보였다.
온도별 염색성은 극세사의 일반적인 염색특성으로 110 °C에서 130 °C로 갈수록 K/S 값이 감소하는 경향을 보였다.
해도형 초극세 폴리에스터 섬유는 알칼리 처리시간의 증가에 따라 감량률이 증가하였으며, 처리시간이 길어지면 해성분에 이어 도성분의 감량이 이루어짐이 보였다. 또한 마이크로파이버가 나노필라멘트보다 초기 감량속도가 빨랐으며 이는 감량전 단사 섬도가 낮은 마이크로파이버 편성물이 알칼리에 더 쉽게 노출되기 때문으로 해석된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극세사의 생산방식은 직접방사와 복합방사 방법을 통하여 제조할 수 있다. 직접방사와 복합방사에 대하여 설명하시오.	일반적으로 극세사의 생산방식은 직접방사(direct spinning)과 복합방사(conjugate spinning) 방법을 통하여 제조할 수 있다. 직접방사는 단일 성분의 필라멘트가 방사구를 통해 방사되는 방식이며, 용융, 습식, 건식 방사의 모든 경우에 있어서 원하는 섬도의 섬유를 직접 방사하는 방법으로 극세화 후공정을 거치지 않으므로 제조원가가 절감되는 장점이 있으나, 나노단위의 극세 섬도에는 설비상 한계를 지니는 단점이 있다[3,4]. 한편, 복합방사의 경우에는 공정상 분할 또는 용출과 같은 부가적인 공정이 수반되어야 하는 단점이 있지만, 직접방사의 생산방식에 비해 훨씬 세섬도의 극세사를 생산할 수 있다는 장점이 있으며 중합물의 조성및 단면 형태에 따라 분할형, 다층형, 용출형 세가지 형태로 나눈다[5]. 분할형은 추출형 초극세 섬유가 인공피혁에 적용된 후 주목받게 된 기술로서 추출형 복합방사의 단점인, 한 성분을 추출함으로써 많은 중량 감소가 발생하는 것을 보완하여 두 고분자를 물리화학적 방법으로 분할하여 극세화하는 방식으로 N/P 복합사, PET/Co-PET 등이 있다. 다층형은 분할형과 유사하나 원사단면이 여러층으로 분리 되는 형태로서 구금 내부에서 다층화 또는 static mixer를 사용하는 방법이 있으며, 0.2~0.3 denier의 초극세 섬유를 얻는 방식이다. 또한 용출형의 경우에는 해도형(islands-ina-sea type 또는 sea-island type)이라고도 하며 서로 다른 용제 추출성을 갖는 2가지 이상의 고분자를 복합방사한 후, 한 고분자 성분을 용제로 추출하는 방식이다. 용출형 방식은 0.01 denier급 섬유의 제조도 가능하며 전기방사나 melt blown에 비해 지름편차가 적은 장점이 있으며, 극세사 형태중 가장 세섬도의 극세사를 제조할수 있는 방법이다.
	초극세 섬유는 어떤 특징을 가지고 있는가?	초극세 섬유는 일반적으로 섬도가 0.04~0.06 dpf로서 단위 중량당 표면적이 크고, 굴곡반경이 작으며 굴곡시 반발성이 낮은 특징 등을 가지고 있어, 일반 합성섬유로 구현하기 힘든 기능성으로 인해 인공피혁, 스웨이드 조직 제품, 필터소재, 방진복 등 폭 넓은 용도로서 사용되고 있다[1,2].
	초극세 섬유는 어떤 용도로서 사용되고 있는가?	04~0.06 dpf로서 단위 중량당 표면적이 크고, 굴곡반경이 작으며 굴곡시 반발성이 낮은 특징 등을 가지고 있어, 일반 합성섬유로 구현하기 힘든 기능성으로 인해 인공피혁, 스웨이드 조직 제품, 필터소재, 방진복 등 폭 넓은 용도로서 사용되고 있다[1,2].

참고문헌 (10)

J. W. S. Hearle, P. Grosberg, and S. Backer, "Structural Mechanics of Fibers, Yarns, and Fabrics", John Wiley & Sons, New York, 1969, pp.81-100.
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상세보기
S. M. Burkinshaw, "Chemical Principles of Synthetic Fibre Dyeing", Blackie Academic & Professional, 1995, pp.194-217
Anonymous, "Various Microfibers for Clothing", Jap Text News, 1992, 83, 81-85.
J. S. Koh, J. H. Park, K. S. Lee, and S. D. Kim, "Weight Reduction and Dyeing Properties of Sea-island Type PET Supermicrofiber Fabrics", Text Sci Eng, 2005, 42(6), 355-362
H. T. Cho and H. Lee, "Dyeing Behaviors of a Disperse Dye on Ultra-micro PET Fibers", Text Sci Eng, 2010, 47(2), 77-84
B. S. Lee, H. S. Cho, H. Y. Lee, and S. D. Kim, "Dyeing Properties of Acid Dyes and Reactive Dyes on Sea-island Type Ultrafine Nylon Fiber", Text Sci Eng, 2011, 48(5), 315-321
Y. Washino, "Functional Fibers Trends in Technology and Product Development in Japan", Toray Research Center Inc., Shiga, 1993, pp.255-256.
J. Militky, J. Vanicek, J. Krystufek, and V. Hartych, "Modified Polyester Fibers", Elsevier, Prague, 1991, pp.61-62
G. Jerg and J. Baumann, "Polyester Fibers: A New Generation of Fabrics", Text Chem Color, 1990, 22, 12-14.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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