[논문]NaOH처리시 Poly(ethylene terephthalate)필름의 표면특성에 영향을 주는 Diamine의 첨가효과

강인숙; 배현숙

doi:10.5805/sfti.2013.15.2.302

[국내논문] NaOH처리시 Poly(ethylene terephthalate)필름의 표면특성에 영향을 주는 Diamine의 첨가효과
Effect of Diamine Addition in NaOH Treatment Solution on Surface Characteristics of Poly (Ethylene Terephthalate) Film 원문보기

Fashion & textile research journal = 한국의류산업학회지, v.15 no.2, 2013년, pp.302 - 308

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This study is a preliminary investigation of the influence of surface characteristics of substrates on detergency of particulate soil. The surface of PET film was modified with NaOH and NaOH+ethylene diamine on different times. The surface morphology of the film was scanned by AFM and surface energies were calculated from measured contact angles between several solutions and film based on the geometric mean and a Lewis acid base method. The surface morphology of PET film treated with NaOH and NaOH+ethylene diamine became more etched, and the surface area, surface roughness and the coefficient of friction of film increased with treatment of NaOH and NaOH+ethylene diamine. The contact angle of film treated with NaOH and NaOH+ethylene diamine decreased in water and surfactant solution; in addition, the surface energy increased was largely attributed to the increased portion on the polar surface energy of film. However, the effect of the diamine addition to the NaOH treatment solution on surface characteristics of PET film was insignificant.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구는 Poly(ethylene terephthalate)필름을 수산화나트륨으로 처리할 때 아민의 첨가농도와 처리시간을 달리하여 기질의 표면 모폴로지에 변화를 주어 고형오구의 세척성에 영향을 주는 주요 요인인 기질의 표면특성을 고찰하였다. 기질의 표면특성으로 검토된 특성은 표면의 요철정도 및 형상, 그리고 마찰계수, 표면거칠기, 표면적을 검토하였으며, 표면활성으로 접촉각과 표면에너지를 구하였다.
기질의 표면특성으로 검토된 특성은 표면의 요철정도 및 형상, 그리고 마찰계수, 표면거칠기, 표면적을 검토하였으며, 표면활성으로 접촉각과 표면에너지를 구하였다. 이 연구는 기질의 표면 미세구조 및 표면활성이 고형오구입자의 섬유기질에서의 부착력과 제거력에 미치는 영향을 고찰하기 위한 예비적 성격의 검토내용이기 때문에 우선적으로 기질의 표면 형태를 다양화하고, 표면 에너지의 변화를 줄 수 있는 여러 가지 방법을 모색하였다. 먼저 기질의 표면형태에 영향을 줄 수 있는 직조 효과를 배제하기 위하여 섬유직물을 필름으로 대체 하였다.

제안 방법

AFM(Atomic Force Microscope)분석: PET필름의 표면을 Veecod 3100을 사용하여 시료의 표면형태를 분석하고, 표면적과 표면거칠기를 측정하였다.
따라서 본 연구는 Poly(ethylene terephthalate)필름을 수산화나트륨으로 처리할 때 아민의 첨가농도와 처리시간을 달리하여 기질의 표면 모폴로지에 변화를 주어 고형오구의 세척성에 영향을 주는 주요 요인인 기질의 표면특성을 고찰하였다. 기질의 표면특성으로 검토된 특성은 표면의 요철정도 및 형상, 그리고 마찰계수, 표면거칠기, 표면적을 검토하였으며, 표면활성으로 접촉각과 표면에너지를 구하였다. 이 연구는 기질의 표면 미세구조 및 표면활성이 고형오구입자의 섬유기질에서의 부착력과 제거력에 미치는 영향을 고찰하기 위한 예비적 성격의 검토내용이기 때문에 우선적으로 기질의 표면 형태를 다양화하고, 표면 에너지의 변화를 줄 수 있는 여러 가지 방법을 모색하였다.
이 연구는 기질의 표면 미세구조 및 표면활성이 고형오구입자의 섬유기질에서의 부착력과 제거력에 미치는 영향을 고찰하기 위한 예비적 성격의 검토내용이기 때문에 우선적으로 기질의 표면 형태를 다양화하고, 표면 에너지의 변화를 줄 수 있는 여러 가지 방법을 모색하였다. 먼저 기질의 표면형태에 영향을 줄 수 있는 직조 효과를 배제하기 위하여 섬유직물을 필름으로 대체 하였다.
접촉각: 표면 처리한 PET필름을 2.5 cm×5 cm로 자른 후 contact angle meter(Erma Inc. model G-1)를 사용하여 상온에서 물과 0.1% 계면활성제(DBS)용액 0.01를 필름에 점적하여 표면에 액적을 형성시켜 1분경과 후 5회씩 측정하여 평균값을 구하였다.

대상 데이터

시료는 두께 75 µm의 PET필름으로 첨가물이 없는 순수한 것으로 Kolon사에서 제공받아 사용하였다. sodium hydroxide, ethylene diamine, sodium dodecylbenzene sulfonate(DBS) 등의 시약은 1급 이상을 사용하였고, 실험에 사용된 물은 증류수를 이온교환수지로 탈 이온화하여 사용하였다.
시료는 두께 75 µm의 PET필름으로 첨가물이 없는 순수한 것으로 Kolon사에서 제공받아 사용하였다.

데이터처리

4°로 가장 낮았다. Table 1의 각 용액의 표면장력과 Table 2의 각 용액에서 측정된 필름의 접촉각을 Geometrical mean법에 근거를 둔 표면에너지 구하는 식에 대입하여 각 용액조합의 표면장력과 접촉각에 의한 요인을 Y축으로 하고, 용액의 극성 및 비극성 성분의 비에 대한 값의 제곱근을 X축으로 하여 Linear regression fitting을 하여 Fig. 7의 결과를 얻었다. 그리고 Fig.
Japan)를 사용하여 50 g하중에서 1 mm/sec.의 속도로 측정하여 평균 마찰계수를 구하였다.

이론/모형

Table 3. Calculated surface energy of PET film treated with NaOH or NaOH+Diamine according to geometric mean method.
표면에너지: 표면에너지는 sessile drop방식을 이용한 접촉각 측정 방법을 이용하였는데, 구체적 산출과정은 Geometrical mean법으로 극성성분 및 비극성성분을 산출하여 표면에너지를 구하였다. 극성성분 및 비극성성분과 접촉각과의 관계식(b)에서 #, #를 구하기 위해 표면에너지 값을 알고 있는 두 종류의 액체를 이용하여 접촉각을 측정하고 식(c), (d), (e)와 같이 연립방정식을 풀었다(Rha et al.
표면에너지를 구하기 위하여 사용된 용액의 종류 및 방법은 표면에너지와 기질의 응착력에 관한 기존 연구(Rha et al., 2006)를 참조로 하였다.

성능/효과

1. PET필름을 NaOH 및 NaOH와 ethylene diamine 혼합용액으로 처리하면 필름 표면의 식각현상이 진행되고, 표면 식각 정도는 ethylene diamine 첨가농도보다 처리시간에 영향을 받았다.
2. PET필름을 NaOH용액 및 NaOH와 ethylene diamine 혼합용액에서 처리하면 필름 표면적의 증가폭은 낮지만, 표면거칠기와 마찰계수의 증가폭은 높았다. 그러나 이들 특성에 영향을 주는 ethylene diamine 첨가효과는 크지 않았다.
3. NaOH 용액 및 NaOH와 ethylene diamine 혼합용액으로 처리하면 순수 및 계면활성제용액에서의 접촉각은 감소하는데, 순수에 비하여 계면활성제 용액에서 접촉각의 감소폭도 컸고, ethylene diamine 첨가효과는 많았다.
4. PET필름을 NaOH 용액 및 NaOH으로 처리하면 극성성분(γp)값은 증가하고 비극성성분(γd)은 감소하는데, 극성성분의 증가폭이 비극성성분의 감소폭보다 많아 전표면에너지는 증가하지만, 표면에너지에 영향을 주는 NaOH에의 ethylene diamine첨가 효과는 낮았다.
4는 NaOH용액 및 NaOH와 ethylene diamine 혼합용액에서 처리시간에 변화를 주어 처리한 PET필름의 마찰계수를 나타낸 결과이다. PET필름을 NaOH용액 및 NaOH와 ethylene diamine 혼합용액에서 처리하면 필름의 마찰계수는 급격히 증가하는데 ethylene diamine처리농도가 높을수록 마찰계수의 증가폭은 컸고 ethylene diamine 첨가농도에 관계없이 처리시간이 증가하면 마찰계수도 증가하였다. 표면 모폴로지를 나타내는 지표로서 AFM 이미지와 그의 단면 분석, 표면적, 표면 거칠기, 마찰계수를 검토하였는데 이들 간 ethylene diamine처리 농도 및 처리시간에 따른 효과가 상이한데 이는 돌기의 개수, 돌기의 높이, 돌기와 돌기간의 거리에 따라 각 요인에 작용하는 정도가 다르기 때문으로 생각된다.
ethylene diamine 혼합농도와 처리시간에 따라 다소 차이가 있지만 처리시간과 ethylene diamine 혼합농도가 극성 성분(γp)값과 비극성 성분(γd)값에 미치는 영향은 크지 않지만 전 표면에너지는 ethylene diamine의 첨가농도가 15%이고 처리시간이 60분인 경우 가장 높았다.
NaOH용액 및 NaOH와 ethylene diamine혼합용액에서 필름을 처리하면 표면거칠기는 급격히 증가하지만, NaOH용액에 첨가한 ethylene diamine이 표면거칠기에 미치는 효과는 미미하다. 그리고 diamine의 첨가농도에 따라 처리시간이 표면거칠기에 미치는 효과에 차이가 있어, 처리시간을 30분에서 60분으로 증가하면 7.5% ethylene diamine 첨가농도에서 표면거칠기가 증가하지만 15%첨가농도에서는 표면거칠기가 감소하였고, 표면적과 마찰계수에 비하여 처리시간이 표면거칠기에 미치는 효과는 상대적으로 컸다.
ethylene diamine 첨가가 순수 및 계면활성제용액에서 필름의 접촉각에 미치는 효과에 차이가 있어 NaOH처리시 ethylene diamine를 첨가하면 순수에서의 접촉각은 다소 감소하지만 계면활성제용액에서의 접촉각이 다소 증가하였다. 그리고 ethylene diamine의 첨가 농도에 따른 처리시간 효과도 다른데, 7.5% ethylene diamine 첨가농도에선 처리시간이 증가하면 순수의 접촉각은 다소 증가하지만 15% ethylene diamine 첨가농도에선 접촉각은 다소 감소하였다. ethylene diamine 첨가 되면 단독 NaOH처리 필름에 비하여 계면활성제용액의 접촉각이 증가하고 ethylene diamine 첨가농도와 처리시간에 따른 경향이 순수용액에서의 접촉각과 차이가 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기질의 표면특성이 고형오구의 세척성에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?	기질의 표면특성이 고형오구의 세척성에 미치는 요인은 기질의 표면형상과 접촉각, 표면에너지와 같은 표면활성으로, 이러한 요인들은 오구가 기질의 부착과 탈락 정도를 예측할 수있는 좋은 지표이다. 기질의 표면형상으로서의 미세구조는 표면요철 정도, 돌기깊이와 넓이, 체적대비 표면적비와 표면거칠기 등으로 고형오구의 세척성에 깊이 관여한다(Brendan, 1996; Tagawa & Gotoh, 2007; Zimoch et al.
	아민은 섬유개질 공정에서 어떠한 목적으로 사용되는가?	아민은 PET의 표면 친수화, 염색성 개선, 유연 효과 등의 목적으로 섬유개질에 이용되는 약품으로 섬유의 하전저하와 팽윤현상을 증진시켜 OH기의 섬유접근이 용이하여 가수분해를 촉진시키고(Lee & Ryu, 1992), 그리고 섬유표면에 stress cracking을 발생시키기 때문에 PET의 표면형상 개질에도 사용된다. Poly(ethylene terephthalate)는 구조가 치밀하지만 수산화나트륨을 처리하면 기질 표면에서 가수분해가 순차적으로 진행되어 표면의 요철이 증가하는데(Haghighatkish & Yousefi, 1992), 이때 아민을 첨가하면 기질의 식각정도와 형태의 변화 폭을 넓혀 표면 모폴로지의 다양성을 얻을 수 있다.
	PET의 가수분해시 아민은 어떠한 역할을 수행하는가?	아민은 PET의 표면 친수화, 염색성 개선, 유연 효과 등의 목적으로 섬유개질에 이용되는 약품으로 섬유의 하전저하와 팽윤현상을 증진시켜 OH기의 섬유접근이 용이하여 가수분해를 촉진시키고(Lee & Ryu, 1992), 그리고 섬유표면에 stress cracking을 발생시키기 때문에 PET의 표면형상 개질에도 사용된다. Poly(ethylene terephthalate)는 구조가 치밀하지만 수산화나트륨을 처리하면 기질 표면에서 가수분해가 순차적으로 진행되어 표면의 요철이 증가하는데(Haghighatkish & Yousefi, 1992), 이때 아민을 첨가하면 기질의 식각정도와 형태의 변화 폭을 넓혀 표면 모폴로지의 다양성을 얻을 수 있다.

참고문헌 (10)

Brendan, C. (1996). The direct study of soil removal from solid substrates in detergency. Colloid and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 114, 161-164.

상세보기
Haghighatkish, M., & Yousefi, M. (1992). Alkaline hydrolysis of polyester fibers -structural effects. Iranian Journal of Polymer Science & Technology, 1(2), 56-61.

상세보기
Hauthal, H. G. (2002). Structured surfaces-detergency angled at new materials. Seifen Oele Fette Waches Journal, 128(10), 4-13.
Kang, I. S., & Kim, B. J. (2001). Effect of electrolyte on the adhesion of particulate soil to fabric in the surfactant solution. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, 25(8), 1465-1474.
Kang, I. S., & Jung, S. Y. (2005). Effect of steric stability by adsorption of surfactant on the detergency of particulate soil in anionic/nonionic surfactant mixed solution(I). Textile Science and Engineering, 42(3), 166-173.
Lee, J. S., & Ryu, H. S. (1992). An addition effect of amine and cethyl trimethyl ammonium bromide on alkali-treatment of polyester. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, 16(3), 335-344.
Mun, M. H., & Kang, I. S. (2009). Interfacial electrical effect of particle radius on detergency of particulate soil- particle sizes and dispersion stability of particle-. Textile Science and Engineering, 46(6), 334-341.
Rha, J. J., Kwon, S. C., & Jeong, Y. S. (2006). The effects of surface energy and roughness on adhesion force. The Korean Society of Mechanical Engineers, 30(11), 1335-1347.

원문보기 상세보기
Tagawa, Y., & Gotoh, K. (2007). Effect of surface free energies on the detergency phenomena of particulate soils. Journal of the Japan Research Association for Textile End-Uses, 48(6), 29-36.
Zimoch, J., Hreczuch, W., Trathnigg, B., Meissner, J., Bialowas, E., & Szymanowski, J. (2002). Detergency and dynamic surface tension reduction of oxyethylated fatty acid methyl esters. Tenside Surface Detergents, 39(2), 8-16.

저자의 다른 논문 :

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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