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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 고부가가치의 견직물 생산과 활용을 위하여 친환경 생산설비인 DTP System을 바탕으로 인쇄된 견직물에 환경친화형 C6 기능성 발수 가공을 접목하여 견직물의 물성변화를 조사했다. 가공된 견직물의 평가항목은 발수도, 접촉각, 발유도, 강연도(Shinjung Park, Kim, & Jeon, 2004), 공기투과도 등이며, 반복 세탁에 대한 내구성을 파악하는 것이 필요하므로 세탁견뢰도와 표면 염착 농도(K/S)를 조사하였다.
제안 방법
- DTP 반응성 잉크와 나노 안료 잉크로 직물에 색상에 따라 인쇄하고 C6를 기반으로 하는 친환경 발수 발유제를 사용하여 가교제, 발수제 농도별, 열처리 온도별로 가공하였다. 완성된 시료들은 가교제 농도, 발수제 농도, 열처리 온도에 따른 색상과 표면 염착 농도, 강연도, 스프레이 발수도, 접촉각, 발유도를 측정하였다.
- 가공된 견직물의 평가항목은 발수도, 접촉각, 발유도, 강연도(Shinjung Park, Kim, & Jeon, 2004), 공기투과도 등이며, 반복 세탁에 대한 내구성을 파악하는 것이 필요하므로 세탁견뢰도와 표면 염착 농도(K/S)를 조사하였다.
- 이를 맹글을 사용하여 pick-up률을 80±6%로 조절하였다. 그리고 도출된 결과를 기반으로 발수제 40g/ℓ에 가교제 8g/ℓ로 처리한 시험편을 패딩 후 105℃에서 2분간 건조하고 105, 120, 160, 180℃에서 각각 3분간 열처리하여 실험하였다.
- 안료 잉크용 DTP(유한킴벌리, Model VJ-1618 DTX)는 노즐방식 마이크로 피에조 타입에 8컬러 헤드를 사용하고 있으며, 잉크는 텍스타일용 Nano Colorant ink로 Cyan, Magenta, Yellow, Black, Orange, Red, Violet, Gray 8색 컬러를 사용하였다. 반응성잉크로 인쇄한 시료는 증열 온도 103℃, 포화수증기 상태에서 10분간 증열처리 하였다. 안료잉크를 사용하여 인쇄한 시료는 (주)경일테크의 RTX-1600 시리즈를 사용하여 열고정을 하였다.
- 반응성잉크와 나노안료 잉크로 인쇄된 시료들은 발수제 농도 40g/ℓ에 가교제를 각각 0, 1, 4, 8, 12g/ℓ로 조제한 것, 발수제 농도 5, 10, 40, 60, 90g/ℓ와 가교제를 발수제 농도의 20%씩을 첨가한 것으로 나누어 처리액에 각기 10분간 침지시켰다. 이를 맹글을 사용하여 pick-up률을 80±6%로 조절하였다.
- 발수가공제 처리에 의한 물리적인 특성변화를 파악하기 위해 접촉각을 측정하였다. 증류수를 측정용 액체로 사용하여 마이크로 주사기로 시험포의 표면에 약 10㎕의 액적을 형성시킨 다음 각 시험포에 대해 3회 씩 측정하여 그 평균값과 편차를 구하고 접촉각을 측정하여 소수성을 평가하였다.
- 완성된 시료들은 가교제 농도, 발수제 농도, 열처리 온도에 따른 색상과 표면 염착 농도, 강연도, 스프레이 발수도, 접촉각, 발유도를 측정하였다. 세탁횟수 1, 5, 10회에 따른 발수도와 발유도, 색상 차이를 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 시험포는 단위중량 32g/m², 경사밀도 145/inch, 위사밀도 101/inch인 능직의 견직물을 반응성 잉크와 나노 안료 잉크로 Cyan, Magenta, Yellow 및 Black color patch를 인쇄하였으며, 반응성 잉크로 인쇄한 견직물 능직만 전처리를 하였다.
- DTP 반응성 잉크와 나노 안료 잉크로 직물에 색상에 따라 인쇄하고 C6를 기반으로 하는 친환경 발수 발유제를 사용하여 가교제, 발수제 농도별, 열처리 온도별로 가공하였다. 완성된 시료들은 가교제 농도, 발수제 농도, 열처리 온도에 따른 색상과 표면 염착 농도, 강연도, 스프레이 발수도, 접촉각, 발유도를 측정하였다. 세탁횟수 1, 5, 10회에 따른 발수도와 발유도, 색상 차이를 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이를 맹글을 사용하여 pick-up률을 80±6%로 조절하였다.
- 증류수를 측정용 액체로 사용하여 마이크로 주사기로 시험포의 표면에 약 10㎕의 액적을 형성시킨 다음 각 시험포에 대해 3회 씩 측정하여 그 평균값과 편차를 구하고 접촉각을 측정하여 소수성을 평가하였다. 접촉각의 측정은 마크로렌즈(Navitar 1-6010) 및 CCD카메라 ProgRes C10 plus (Jenoptik, Germany)를 사용하여 촬영하였다. 영상으로부터 정확한 접촉각 분석을 위하여 화상분석(K.
- 발수가공제 처리에 의한 물리적인 특성변화를 파악하기 위해 접촉각을 측정하였다. 증류수를 측정용 액체로 사용하여 마이크로 주사기로 시험포의 표면에 약 10㎕의 액적을 형성시킨 다음 각 시험포에 대해 3회 씩 측정하여 그 평균값과 편차를 구하고 접촉각을 측정하여 소수성을 평가하였다. 접촉각의 측정은 마크로렌즈(Navitar 1-6010) 및 CCD카메라 ProgRes C10 plus (Jenoptik, Germany)를 사용하여 촬영하였다.
대상 데이터
- 가공제로는 C6 기반의 불소계고분자 중합체 FC-C-3007((주) 니카코리아), 가교제로 폴리 이소시아네이트 계열의 ASSIST NX를 사용하였다. 시험포는 단위중량 32g/m², 경사밀도 145/inch, 위사밀도 101/inch인 능직의 견직물을 반응성 잉크와 나노 안료 잉크로 Cyan, Magenta, Yellow 및 Black color patch를 인쇄하였으며, 반응성 잉크로 인쇄한 견직물 능직만 전처리를 하였다.
- 잉크는 텍스타일용 반응성 잉크로 Black, Cyan, Magenta, Yellow, Orange, Light Magenta, Blue, Gray의 8색 컬러를 사용하였다. 안료 잉크용 DTP(유한킴벌리, Model VJ-1618 DTX)는 노즐방식 마이크로 피에조 타입에 8컬러 헤드를 사용하고 있으며, 잉크는 텍스타일용 Nano Colorant ink로 Cyan, Magenta, Yellow, Black, Orange, Red, Violet, Gray 8색 컬러를 사용하였다. 반응성잉크로 인쇄한 시료는 증열 온도 103℃, 포화수증기 상태에서 10분간 증열처리 하였다.
- 반응성잉크로 인쇄한 시료는 증열 온도 103℃, 포화수증기 상태에서 10분간 증열처리 하였다. 안료잉크를 사용하여 인쇄한 시료는 (주)경일테크의 RTX-1600 시리즈를 사용하여 열고정을 하였다.
- 반응성 잉크용 DTP(유한킴벌리, Model RJ-8000)의 노즐방식은 마이크로 피에조 타입이다. 잉크는 텍스타일용 반응성 잉크로 Black, Cyan, Magenta, Yellow, Orange, Light Magenta, Blue, Gray의 8색 컬러를 사용하였다. 안료 잉크용 DTP(유한킴벌리, Model VJ-1618 DTX)는 노즐방식 마이크로 피에조 타입에 8컬러 헤드를 사용하고 있으며, 잉크는 텍스타일용 Nano Colorant ink로 Cyan, Magenta, Yellow, Black, Orange, Red, Violet, Gray 8색 컬러를 사용하였다.
데이터처리
- 영상으로부터 정확한 접촉각 분석을 위하여 화상분석(K. Choi, & Kim, 2011; J. Kim, 2002) 소프트웨어인 ImageJ(National Institute of Health, U.S.A.)프로그램의 Angle tool로 계산하고 ‘Analyze_Measure’ 기능을 사용하여 값을 산출하였다.
이론/모형
- 공기투과도는 ASTM D-737-04: 2012 시험방법에 준하여 실험을 진행했다. Frasier법 기반의 공기투과도 시험기를 이용하여 단위 면적당 공기 투과도를 측정했다.
- 강경도는 KS L ISO 4604:2013 시험방법에 준하여 캔틸레버(cantilever)법으로 측정하였다. 공기투과도는 ASTM D-737-04: 2012 시험방법에 준하여 실험을 진행했다.
- 강경도는 KS L ISO 4604:2013 시험방법에 준하여 캔틸레버(cantilever)법으로 측정하였다. 공기투과도는 ASTM D-737-04: 2012 시험방법에 준하여 실험을 진행했다. Frasier법 기반의 공기투과도 시험기를 이용하여 단위 면적당 공기 투과도를 측정했다.
- 반복세탁에 의한 색상변화의 평가 및 표면염착농도(K/S)측정은 분광광도계(UV-Visible Spectrophotometer, GretagMacbeth, USA)를 이용하였으며, 발수도는 KS K 0590 시험방법에 의거하여 spray법으로 측정하고, AATCC Test 118-1992에 의하여 발유도를 측정하였다.
성능/효과
- 1. 색상의 변화는 전반적으로 ⊿E 2이하로 색상에는 미비한 영향을 미쳤으나, 반응성 잉크가 나노 안료 잉크보다 높은 염착력을 보였다. 가교제 농도와 열처리는 색상 변화에 영향을 미치지 않고, 발수제 농도에 따라 K/S값이 증가하였다.
- 2. 공기투과도 측정 결과 반응성 잉크는 가교제 농도, 발수제 농도, 열처리 온도와 상관없이 높은 공기투과도를 보이고 있다. 나노 안료 잉크는 가교제 농도 증가에 따라 투과율이 상승하였으며, 발수제 농도와 열처리에 따라서는 투과율이 감소하였다.
- 3. 강경도의 측정결과에 의하면 가교제 농도와 발수제 농도에 따라 뻣뻣함이 증가하였다.
- 4. 스프레이법에 의한 발수도는 가교제 농도에 상관없이 모두 100이고, 발수제 농도와 열처리 온도에 따라 다른 발수도를 보였다. 접촉각은 두 잉크 모두 발수제 농도와 열처리 온도에 비례하여 증가하였으며, 나노 안료 잉크는 낮은 농도에서부터 높은 접촉각을 보였다.
- 5. 반응성 잉크와 나노 안료 잉크 모두 가교제의 첨가여부가 세탁횟수에 따른 색상 변화에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있으며, 반면 발수제의 농도는 세탁횟수에 따른 색상 변화에 큰 영향을 미치지 않고, 열처리 온도는 반응성 잉크와 나노 안료 잉크 모두 색상 변화에 영향을 미쳤다. 전체적으로 반응성 잉크보다 나노 안료 잉크가 세탁10회 후에도 색상의 변화가 작았다.
- 6. 세탁 횟수에 따른 접촉각의 변화는 반응성 잉크의 경우 가교제의 농도가 8g/ℓ 이상, 발수제농도 40g/ℓ, 열처리 온도 160℃ 이상에서 반복세탁에 내구성을 지니고, 나노 안료 잉크는 반응성 잉크보다 낮은 농도와 낮은 열처리 온도에서 높은 세탁 내구성을 보였다.
- 가교제 농도별 발수제 농도별 발유도는 모두 4, 5급으로 우수하고 반응성 잉크보다 나노 안료 잉크의 발유도가 더 우수하였다.
- 가교제 농도에 의한 발유도는 발수도에 비하여 세탁 5회 이상은 발유성이 지속되지 않으며, 세탁1회를 기준으로 보았을 때 가교제 농도가 8g/ℓ 이상이 되어야 반응성잉크와 나노 안료잉크 모두 3급 이상이 되며, 나노 잉크가 상대적으로 약간 더 높은 발유도를 나타내었다. 가교제에 의한 발수제의 내구성은 반복세탁에서 우수성을 발연 한다는 사실을 알 수 있다(Table 3).
- 색상의 변화는 전반적으로 ⊿E 2이하로 색상에는 미비한 영향을 미쳤으나, 반응성 잉크가 나노 안료 잉크보다 높은 염착력을 보였다. 가교제 농도와 열처리는 색상 변화에 영향을 미치지 않고, 발수제 농도에 따라 K/S값이 증가하였다.
- 세탁 횟수에 따른 발유도의 변화는 발수도와 달리 세탁 1회부터 감소하고 세탁 5회 이상에서는 발유도가 지속되지 않았다. 가교제의 농도와 발수제 농도가 적을수록 열처리 온도가 낮을수록 일찍 습윤되고 전반적으로 나노 안료 잉크가 반응성 잉크보다 우수한 접촉각과 발유도를 나타내었다.
- 나노 안료 잉크가 반응성 잉크보다 높은 접촉각을 나타냈으며, 가교제의 농도가 발수도 와 발유도에는 큰 영향을 미치지 않았다.
- 공기투과도 측정 결과 반응성 잉크는 가교제 농도, 발수제 농도, 열처리 온도와 상관없이 높은 공기투과도를 보이고 있다. 나노 안료 잉크는 가교제 농도 증가에 따라 투과율이 상승하였으며, 발수제 농도와 열처리에 따라서는 투과율이 감소하였다.
- 반응성 잉크와 나노 안료 잉크 모두 가교제의 농도가 발수액의 농도나, 열처리 온도에 비하여 세탁 횟수에 따른 색상과 접촉각, 발유도에 영향을 미쳤다. 그 중 색상변화의 큰 차이를 보인 cyan color patch를 살펴보면 반응성 잉크보다 나노 안료 잉크가 세탁 10회에도 적은 색상 변화를 나타냄을 알 수 있다(Table 1).
- 이러한 결과는 발수제의 농도가 염료의 색상별로 다른 염착률을 나타낸다는 것을 알 수 있으며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 시험 결과에 따라 40, 60g/ℓ의 발수제 농도가 평균적으로 좋은 염착력을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 반응성 잉크와 나노 안료 잉크 모두 가교제의 첨가여부가 세탁횟수에 따른 색상 변화에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있으며, 반면 발수제의 농도는 세탁횟수에 따른 색상 변화에 큰 영향을 미치지 않고, 열처리 온도는 반응성 잉크와 나노 안료 잉크 모두 색상 변화에 영향을 미쳤다. 전체적으로 반응성 잉크보다 나노 안료 잉크가 세탁10회 후에도 색상의 변화가 작았다.
- 스프레이법에 의한 발수도는 가교제 농도에 상관없이 모두 100이고, 발수제 농도와 열처리 온도에 따라 다른 발수도를 보였다. 접촉각은 두 잉크 모두 발수제 농도와 열처리 온도에 비례하여 증가하였으며, 나노 안료 잉크는 낮은 농도에서부터 높은 접촉각을 보였다.
- 가교제는 열처리에 의해 말단에 Isocyanate를 재생하며, 활성수소원자를 함유한 물질과 반응하여 섬유나 발수제와의 가교를 형성한다. 측정된 색상들의 평균값을 통한 가교제 농도별 K/S값은 반응성 잉크가 나노 안료 잉크에 비하여 높은 염착률을 보이고 있으며, 가교제의 농도와 열처리 온도에 대한 차이는 보이지 않고 있다.
후속연구
- 인쇄물의 색상에 따른 K/S값의 증가율이 다르게 나타나는데, 반응성잉크는 Figure 2와 같이 Yellow < Magenta < Black < Cyan순서이며, 나노 안료는 Figure 3과 같이 Black < Cyan < Magenta < Yellow 순서로 나타났다. 이러한 결과는 발수제의 농도가 염료의 색상별로 다른 염착률을 나타낸다는 것을 알 수 있으며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 시험 결과에 따라 40, 60g/ℓ의 발수제 농도가 평균적으로 좋은 염착력을 나타내고 있음을 알 수 있다.
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