[논문]600 nm급 폴리에스터 해도형 초극세사 편성물의 감량 및 염색 특성

김현성; 신은숙; 이정진

doi:10.12772/tse.2014.51.034

600 nm급 폴리에스터 해도형 초극세사 편성물의 감량 및 염색 특성
Weight Reduction and Dyeing Properties of Sea-island-type Polyethylene Terephthalate Ultramicrofiber Knitted Fabrics

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.51 no.1, 2014년, pp.34 - 42

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

Abstract ▼ AI-Helper

The weight reduction and dyeing properties of circular-knitted fabric manufactured from sea-island-type polyethylene terephthalate (PET) ultramicrofiber were investigated. The diameter of a single fiber was approximately 600 nm. The results of scanning electron microscopy (SEM) analysis, alkali dissolution ratio measurements, and cationic dye staining method revealed that the dissolution of the sea component from each ultramicrofiber was completed through alkali treatment with 1% NaOH aqueous solution for 30-40 min at $95^{\circ}C$. The color yield of the disperse dye on the fabric was observed to be dependent on the dyeing temperature. The color yield increased with an increase in the dyeing temperature up to $120^{\circ}C$, and then decreased at $130^{\circ}C$. The build-up property was generally good. The wash fastness was poor and the light fastness was very poor.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

견뢰도 시험전, 염색한 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.
004 dpf)의 폴리에스터 해도형 초극세사 편성물의 감량거동을 감량률, SEM 분석, 양이온 염료 염색법 등을 이용하여 고찰하였다.또한 분산염료에 대한 염색 및 견뢰도 특성을 조사하였다.
염색 후 시료는 소핑제(Protesol DSL) 1 g/l, 아세트산 0.5 g/l 를 사용하여 60 °C에서 20분간 소핑을 실시하였다.
이 논문에서는 원사 직경 600 nm급(0.004 dpf)의 폴리에스터 해도형 초극세사 편성물의 감량거동을 감량률, SEM 분석, 양이온 염료 염색법 등을 이용하여 고찰하였다.또한 분산염료에 대한 염색 및 견뢰도 특성을 조사하였다.
이 연구에서는 600 nm급(0.004 dpf)의 폴리에스터 해도형 초극세사 편성물의 감량거동, 염색성 및 견뢰도 특성을 고찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
이때, 염료농도(0.5−7% owf) 및 염색온도(110−130 °C)를 변화시켜 이들의 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 o 의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다. 최대 흡수파장의 표면 반사율로부터 겉보기 색농도로서 K/S 값을 다음의 Kubelka-Munk 식에 의해 구하였다.

대상 데이터

폴리에스터 해도형 초극세 원사의 단면 사진은 Figure 1과 같다. 감량과 염색시 사용된 CH₃COOH, NaOH, Na₂S₂O₄등의 시약은 모두 1급 시약을 사용하였으며, 침투제로 MRN (한서합성공업)을 (주)KMF로부터 제공받았으며, 분산제 및 소핑제로 Protesol DSL(Durex Korea)을 사용하였다. 염색을 위해 구조를 알고 있는 3종의 분산염료를 오영산업(주)로 부터 공급받아 사용하였으며, 양이온 염료 염색실험을 위해 양이온 염료를 M.
5%의 경우에는 침투제를 넣었을 때 감량률이 초기에는 유사하고, 30분 이후에는 약간 높았다. 실험에 사용된 해도형 초극세사는 도성분이 631개로 기존의 극세사에 비해 매우 많기 때문에, 알칼리 감량액이 극세사의 내부로 침투하기가 상대적으로 어려울 것으로 예상된다. NaOH 1%의 경우 침투제를 넣었을 경우에는 알칼리 감량액이 섬유내부로 골고루 침투하느라 감량속도가 다소 느린 반면, 침투제가 없을 경우에는 섬유내부로 침투가 상대적으로 느리지만 대신 섬유표면 근처의 해성분을 많이 용출시키게 되고, 이에 따라 동일시간의 감량률이 침투제를 넣은 경우에 비해 다소 높은 것으로 추측된다.
감량과 염색시 사용된 CH₃COOH, NaOH, Na₂S₂O₄등의 시약은 모두 1급 시약을 사용하였으며, 침투제로 MRN (한서합성공업)을 (주)KMF로부터 제공받았으며, 분산제 및 소핑제로 Protesol DSL(Durex Korea)을 사용하였다. 염색을 위해 구조를 알고 있는 3종의 분산염료를 오영산업(주)로 부터 공급받아 사용하였으며, 양이온 염료 염색실험을 위해 양이온 염료를 M.Dohmen Korea로부터 공급받아 사용하였다(Table 2).
피염물로는 폴리에스터 해도형 나노필라멘트 환편물 2종을 (주)KMF로부터 제공받아 사용하였으며 환편물의 구조, 구성 원사의 조성 및 이론감량률은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 폴리에스터 해도형 초극세 원사의 단면 사진은 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 o 의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다. 최대 흡수파장의 표면 반사율로부터 겉보기 색농도로서 K/S 값을 다음의 Kubelka-Munk 식에 의해 구하였다.

성능/효과

또한 복합사 내에 함유되어 있는 고수축 PET 성분(B 부분)은 알칼리 감량에 영향을 받지 않고 모양과 굵기가 유지되고 있음이 관찰되었다. SEM 분석 결과를 통해, 감량률 실험으로 얻은 최적 감량조건이 적절함을 확인할 수 있었다.
또한 침투제의 첨가는 첨가하지 않은 경우와 비교하여 약간의 감량률의 차이를 나타내었으며, 편성조직은 감량거동에 큰 영향을 미치지 않았다. SEM 분석을 통해 알칼리 감량공정에서 해성분 용출 및 도성분의 분할이 효과적으로 이루어졌음을 확인하였으며, 양이온 염료 염색결과를 통해 해성분의 용출정도를 간접적으로 평가할 수 있었다.
감량률 결과로부터 95 °C 감량시 최적 NaOH 농도 및 감량시간은 NaOH 1%의 경우 30−40분, 그리고 NaOH 1.5%인 경우 20분으로 볼 수 있다.
그렇지만, 감량이 진행됨에 따라 K/S값이 특정 시간에 0에 도달하지 않고, 완만하게 감소하는 경향을 보임으로써, 양이온 염료 염색법만으로 감량의 최적조건을 판단하기에는 미흡하다고 할 수 있다. 대신, 감량정도를 간접적으로 평가하고, 감량률 결과와 함께 종합적인 감량거동 고찰에는 효과적인 방법이라고 판단된다.
5% 함유된 복합사를 사용한 점이 동일하여 이론감량률은 두 시료 모두 25%이다. 두 시료 모두 감량시간이 증가할수록 감량률이 증가하는 경향을 보여주고 있으며, NaOH 농도가 1%에서 1.5%로 증가할 경우 시간에 따른 감량률, 즉 감량속도가 증가하는 것을 알 수 있다. 침투제를 넣은 경우와 넣지 않은 경우의 감량거동은 NaOH 농도에 따라 다르게 나타났다.
두번째는 120 °C까지는 염료가 섬유 표면에 많이 흡착되어 일종의 ring dyeing 현상이 일어나 겉보기의 농도가 증가한 반면, 130 °C로 갈수록 염료의 확산이 증가하여 섬유 내부로 많은 염료가 침투함에 따라 표면의 겉보기 농도가 저하 되었다고 설명할 수 있다.
폴리에스터 해도형 초극세 섬유는 알칼리 농도가 증가할수록 그리고 처리시간이 길수록 감량률이 증가하였으며, 처리시간이 길어지면 이론감량률 이상으로 감량이 진행되어 도성분까지 감량이 이루어짐을 알 수 있었다. 또한 침투제의 첨가는 첨가하지 않은 경우와 비교하여 약간의 감량률의 차이를 나타내었으며, 편성조직은 감량거동에 큰 영향을 미치지 않았다. SEM 분석을 통해 알칼리 감량공정에서 해성분 용출 및 도성분의 분할이 효과적으로 이루어졌음을 확인하였으며, 양이온 염료 염색결과를 통해 해성분의 용출정도를 간접적으로 평가할 수 있었다.
침투제를 넣은 경우와 넣지 않은 경우의 감량거동은 NaOH 농도에 따라 다르게 나타났다. 즉, NaOH 1%의 경우에는 침투제를 넣었을 때의 감량률이 넣지 않은 경우보다 약간 낮았으며, NaOH 1.5%의 경우에는 침투제를 넣었을 때 감량률이 초기에는 유사하고, 30분 이후에는 약간 높았다. 실험에 사용된 해도형 초극세사는 도성분이 631개로 기존의 극세사에 비해 매우 많기 때문에, 알칼리 감량액이 극세사의 내부로 침투하기가 상대적으로 어려울 것으로 예상된다.
편성조직 및 염료의 종류에 관계없이 전체적으로 유사한 경향을 나타내었는데, 110 °C에서 120 °C로 염색온도가 증가하면 K/S 값이 증가하였고, 130 °C에서는 다시 K/S 값이 감소하여 110 °C보다 낮은 값을 나타내었다.
폴리에스터 해도형 초극세 섬유는 알칼리 농도가 증가할수록 그리고 처리시간이 길수록 감량률이 증가하였으며, 처리시간이 길어지면 이론감량률 이상으로 감량이 진행되어 도성분까지 감량이 이루어짐을 알 수 있었다. 또한 침투제의 첨가는 첨가하지 않은 경우와 비교하여 약간의 감량률의 차이를 나타내었으며, 편성조직은 감량거동에 큰 영향을 미치지 않았다.

후속연구

일광견뢰도 역시 1등급 또는 1−2등급으로 매우 낮았으며 이러한 결과는 가는 섬도 때문이라고 해석된다. 향후 초극세사 섬유제품의견뢰도 증진을 위해, 고견뢰도 염료의 사용 또는 가공제 후처리 등의 추가적인 노력이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	섬도가 0.06 dpf 이하인 초극세 섬유의 장점은?	일반적으로 섬도가 0.06 dpf 이하인 초극세 섬유는 일반 합성섬유에 비해 단위 중량당 표면적이 크고, 드레이프성, 광택, 촉감, 외관 등이 독특하고 우수하여 인공피혁, 스웨이드 조직 제품, 필터소재, 방진복 등 폭 넓은 용도로서 사용되고 있다[4,5].
	알칼리 감량이 적절하게 이루어지지 않으면 원하는 초극세사의 특성이 나오지 않는 이유는?	이때, 알칼리 감량이 적절하게 이루어지지 않으면 원하는 초극세사의 특성을 기대할 수 없게 된다. 예를 들어, 알칼리 감량이 불충분하여 해성분이 원하는 수준으로 용출되지 못하면 초극세사가 발현되지 못하며, 알칼리 감량이 과다하면 해성분뿐만 아니라 도성분도 일부 파괴되어 섬유의 손상으로 인한 강도저하 등 문제를 발생하게 된다. 따라서 해도형 초극세 섬유의 알칼리 감량거동을 고찰하고 최적 용출조건을 찾는 것은 최종제품의 품질을 위해서 매우 중요한 과정이라고 할 수 있다.
	복합방사가 직접방사에 비해 나은 점은?	극세사의 생산방식은 단일 성분의 필라멘트가 방사구를 통해 방사되는 직접방사(direct spinning)와 두가지 이상의 성분이 방사된 후 개별성분들이 분리되는 복합방사(conjugate spinning)로 나눌 수 있다. 복합방사는 직접방사의 생산방식에 비해 훨씬 세섬도의 극세사를 생산할 수 있다는 장점이 있으며 중합물의 조성 및 단면 형태에 따라 분할형, 다층형, 용출형 세가지 형태로 나눈다[1−3]. 이중 용출형은 해도형(sea-island type)이라고도 하며 서로 다른 용제 추출성을 갖는 해성분(sea)과 도성분(island) 고분자를 복합하여 방사한 후, 한 성분을 용제로 추출하는 방식으로서, 필라멘트 형태의 극세사 중 가장 세섬도로 제조할 수 있는 방법으로 알려져 있다.

참고문헌 (11)

S. M. Burkinshaw, "Chemical Principles of Synthetic Fibre Dyeing", Blackie Academic & Professional, 1995, pp.194？217.
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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.
O. Wada, "Control of Fiber Form and Yarn and Fabric Structure", J Text Inst, 1992, 83, 322？347.

상세보기
J. Koh, "Alkaline Dissolution Monitoring of Sea-island Type Polyester Microfibre by a Cationic Dye Staining Method", Color Technol, 2004, 120, 80？86.

상세보기
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.
E. S. Shin, H. S. Kim, and J. J. Lee, "Weight Reduction Behavior and Dyeing Properties of Sea-island PET Ultramicrofiber Knitted Fabrics", Text Sci Eng, 2012, 49(1), 18？25.
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.

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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