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문제 정의
- 그러나 나일론 등 아미드계 합성섬유를 고가의 산성염료 대신 비교적 가격이 저렴한 황화염료를 사용하여 염색한다면, 생산 원가도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 우수한 세탁, 일광 등의 견뢰도를 확보할 수 있는 고부가 니트제품을 생산하여 군복, 자동차 내장재 등 산업용 섬유제품으로의 확대도 기대할 수 있을 것으로 사료 된다. 이에 본 연구에서는 가격이 저렴하면서도 우수한 품질의 나일론 제품생산의 확대를 위해 나일론 세섬사를 활용하여 경량성, 방풍성, 신축성 등 고기능성을 부여한 하이게이지 고밀도 편직의 편성성 및 나일론에 대한 황화염료의 염색성에 대하여 실험, 분석하였다.
- 또한 견뢰도, 기능성 등 고품질을 요구하는 나일론 소재 섬유제품의 경우, 가격이 비싼 염료와 복잡한 염색공정으로 생산원가가 높아지기 때문에 좀 더 저렴한 염료 및 이에 맞는 염색공정의 개발이 필요한 상황이다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 우수한 품질의 제품생산을 위해 나일론 세섬사를 활용하여 경량성, 방풍성, 신축성 등 고기능성 부여를 위한 하이게이지 고밀도 편직의 편성성 및 나일론에 대한 황화염료의 염색성을 검토하였다. 편성에 사용한 원사는 나일론(효성, 40d/34f) 및 스판덱스(효성, 20d)이며, 염색에 사용한 환편물은 충암산업(주)으로부터 제공받아 사용하였다.
제안 방법
- 고밀도 나일론 편성물 소재에 대한 황화염료의 최적의 염색조건 확인을 위해 시료 1을 세 가지 환원제 종류(Na2S, Na2S2O4, CH3NaO3S)에 대하여 1℃/min의 속도로 98℃까지 승온 후 30분간 유지하여 염색실험을 진행하였다. 이 때, 염료는 Asathiosol Blue S-BC를 사용하였으며, 염료의 농도는 15% o.
- 편성성이란 지금까지 정확한 정의가 내려진 것은 없으나, 일본 섬유기계학회 메리야스 분과위원회의 정의에 의하면 편포의 품질과 생산성이라는 두 가지 상반된 의미를 내포하고 있으며, 특히 많은 연구자들이 실의 단계에서 실의 균제도, 마찰계수, 굽힘 특성이, 편성단계에서는 급사장력, 편환장, 편환밀도 등이 편성성에 영향을 미치는 인자로 보고하고 있다(한국섬유개발 연구원, 2008). 그러므로 본 연구에서는 고밀도 편제품의 편성성을 편성단계에서 평가하기 위해 편환장, 급사장력, 편성속도를 3개의 인자로 하여, 각 인자별 3수준(현장표준을 중심으로 10~15% 범위)으로 변화시켜 편성성을 평가하였다. 결과는 <표 4>와 같다.
- 또한, 의 고밀도 나일론 편물 소재 3종에 대해 Sulphur Black 4GCF를 사용하여 15%.
- 본 연구에서는 고밀도 편직의 편성성 평가를 위해 급사장력, 편환장 및 편성속도에 대해 30분간 각 조건별로 편성하면서 절사, 니들라인, 위단 등으로 2회 이상 정지하면 불량, 1회 또는 없으면 양호로 평가하였다. 편성에 사용한 편기는 독일 Mayer & Cie사의 MV 4-3.
- 편사의 급사장력은 급사구 바로 위에서 Schmidt사(독일)의 장력 측정(1~12g까지)을 이용하여 1.5g, 3g, 4.5g으로 설정하여 편성하였다.
- 편성성 평가를 위해 여러 가지의 인자를 고려할 수 있으나 편성에 가장 크게 영향을 미치는 코스장(편환장, 편환밀도), 급사장력, 편성속도 등 3가지 인자에 대해 현재 현장에서 적용하고 있는 조건을 기준으로 약 ±10~15% 범위 내에서 각 인자별 3개의 조건으로 설정하여 총 9가지 시료에 대한 편성성을 평가하였다.
- 편성속도는 현재 동일 샘플에 사용하고 있는 rpm(16)을 기준으로 하여 최대로 올려 편성에 영향을 주지 않은 조건이 18rpm까지가 가능하여 14, 16, 18rpm 3조건으로 설정하였다.
- 편환장 설정은 7.5m, 8.2m, 8.9m로, 1코스장(course length)을 Servo motor로 조절할 수 있는 Automatic Central Stitch Control System과 권취장력을 Motor를 통해서 조절할 수 있는 Automatic Take-Up Tension Control System 등의 편기에 부착된 장치를 통하여 보다 빠르고, 정확하게 설정하였다.
- , 액비는 1:20으로 염욕을 조성하였고, IR 염색기(Starlet DL-6000, 대림)를 사용하였다. 환원제 농도 조건(5, 10, 15% o.w.f.), 염색온도 조건(80, 90, 98℃) 및 염색시간 조건(15, 30, 45, 60분)에 대해서도 환원제 종류 조건 실험과 같은 동일한 조건으로 실험하였다. 또한, <표 3>의 고밀도 나일론 편물 소재 3종에 대해 Sulphur Black 4GCF를 사용하여 15%.
대상 데이터
- 염료로는 황화염료를 사용하였으며, 유색은 Kaseihin Kogyo Kyokai에서 공급 받았고, Black색상은 풍림유화공업(주)에서 공급받아 사용하였다(표 2). 그 외에 염색에 필요한 수산화나트륨(NaOH), 황화나트륨(Na2S), 차아황산나트륨(Na2S2O4), 롱가리트(CH3NaO3S) 등은 1급 시약을 사용하였다.
- NaO3S)에 대하여 1℃/min의 속도로 98℃까지 승온 후 30분간 유지하여 염색실험을 진행하였다. 이 때, 염료는 Asathiosol Blue S-BC를 사용하였으며, 염료의 농도는 15% o.w.f., 액비는 1:20으로 염욕을 조성하였고, IR 염색기(Starlet DL-6000, 대림)를 사용하였다. 환원제 농도 조건(5, 10, 15% o.
- 편성에 사용한 원사는 나일론(효성, 40d/34f) 및 스판덱스(효성, 20d)이며, 염색에 사용한 환편물은 충암산업(주)으로부터 제공받아 사용하였고, 시료를 구성하고 있는 원사의 조성 및 특성은 과 같다.
- 이에 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 우수한 품질의 제품생산을 위해 나일론 세섬사를 활용하여 경량성, 방풍성, 신축성 등 고기능성 부여를 위한 하이게이지 고밀도 편직의 편성성 및 나일론에 대한 황화염료의 염색성을 검토하였다. 편성에 사용한 원사는 나일론(효성, 40d/34f) 및 스판덱스(효성, 20d)이며, 염색에 사용한 환편물은 충암산업(주)으로부터 제공받아 사용하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
- 편성에 사용한 편기는 독일 Mayer & Cie사의 MV 4-3.2이고 조직은 편평조직이며 편성조건은 과 같다.
이론/모형
- 염색된 시료들의 세탁견뢰도는 KS K ISO 105 C06, 일광견뢰도는 KS K ISO 105 B02, 마찰견뢰도는 KS K 0650, 물견뢰도는 KS K ISO 105 E01 규격에 준하여 측정하였다.
- 피염물의 겉보기 색농도를 평가하기 위해 측색기(Color-Eye 3100, Macbeth)를 사용하여 400~700nm 영역에서의 최대흡수파장에서 표면 반사율을 측정하여 아래의 Kubelka-Munk식에 따라 K/S 값을 구하였다.
성능/효과
- 결론적으로 고밀도 편성에서는 편성인자 중 급사장력은 5g 이하이면 편성속도, 편환장의 오차범위는 ±10% 범위 내에서만 가능한 것으로 나타나 고밀도, 세게이지 편성에서는 편성조건 조정의 폭이 넓지 않음을 알 수 있었다.
- 9m 조건에서는 가능하였는데, 이는 세섬사에서는 성글게 짜는 것이 더 어렵다는 것을 나타내는 결과이다. 급사장력은 1.5~4.5g 범위까지는 무난히 편성이 가능하였는데, 이는 통상 대부분 편조직에서 5g 이하로 관리를 하고 있는 것과 일맥상통하고 있다고 볼 수 있으며, 편성속도에서는 보다 생산량을 높일 수 있는 고속의 조건이 좋다고 할 수 있으나, 최대 약 10%정도 내에서도 가능한 것으로 나타났다. 결론적으로 고밀도 편성에서는 편성인자 중 급사장력은 5g 이하이면 편성속도, 편환장의 오차범위는 ±10% 범위 내에서만 가능한 것으로 나타나 고밀도, 세게이지 편성에서는 편성조건 조정의 폭이 넓지 않음을 알 수 있었다.
- 나일론에 대한 황화염료의 염색성은 환원제의 종류에 따라 다르게 나타났는데, 롱가리트(CH3NaO3S)의 경우 K/S값이 9.83으로 차아황산나트륨(Na2S2O4)의 2.13 및 황화나트륨(Na2S)의 1.52보다 높게 나타났으며, 롱가리트(CH3NaO3S) 사용농도에 따른 K/S값은 10% o.w.f.에서 14.73으로, 5% o.w.f.의 9.83 및 15% o.w.f.의 14.72보다 높아 최적의 환원제 사용농도임을 알 수 있었다. 또한 염색온도 및 염색시간의 경우 K/S값이 98℃, 30분에서 14.
- 둘째, 나일론에 대한 황화염료의 염색은 롱가리트 환원제를 10% o.w.f. 이상 사용하여 98℃에서 30분간 유지하는 것이 효과적이었다.
- 본 연구 결과, 나일론 고밀도 니트제품 편직을 위해 최적의 고밀도 편직조건 확립에 대한 편성성 평가 등을 통하여 편직 조건을 파악하였고, 이를 반영하여 기능성을 최대한 발현할 수 있는 제조기술을 개발하였다(특허출원, 2013). 또한 기존 나일론 염색공정의 경우 견뢰도가 불량하고 중금속 이용으로 친환경적이지 못한 산성염료가 사용되는 것을, 색상이 진하고 견뢰도도 우수하며 중금속을 사용하지 않은 황화염료를 사용하여 기존의 여러 가지 문제점을 해결하고 고품질의 나일론 고밀도 니트 제품 생산이 가능하다는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과물들은 기능성 고밀도 나일론 제품의 국내외 시장 진출의 폭을 넓혀주었으며, 현재 국내외 섬유패션업체 및 바이어 방문과 상담을 추진하고 있다.
- 염색된 시료들의 세탁견뢰도 및 물견뢰도는 황화염료가 물에 용해하지 않으므로 변퇴 및 오염 등급이 모두 4-5급 이상으로 우수하게 나타났다(표 7, 8). 또한 마찰견뢰도의 경우 건 및 습 모두 4-5급 이상으로 황화염료가 면섬유와는 달리 나일론 섬유 내부까지 침투하여 염착된 것으로 판단되며, 일광견뢰도의 경우에도 5급 이상으로 매우 우수하다는 것을 확인하였으며(표 9), 이러한 이유는 황화염료가 수용성의 leuco type으로 변화하여 염료 입자의 섬유 내부로의 침투 및 산화된 염료 회합 등에 의한 것으로 추정된다.
- 본 연구 결과, 나일론 고밀도 니트제품 편직을 위해 최적의 고밀도 편직조건 확립에 대한 편성성 평가 등을 통하여 편직 조건을 파악하였고, 이를 반영하여 기능성을 최대한 발현할 수 있는 제조기술을 개발하였다(특허출원, 2013). 또한 기존 나일론 염색공정의 경우 견뢰도가 불량하고 중금속 이용으로 친환경적이지 못한 산성염료가 사용되는 것을, 색상이 진하고 견뢰도도 우수하며 중금속을 사용하지 않은 황화염료를 사용하여 기존의 여러 가지 문제점을 해결하고 고품질의 나일론 고밀도 니트 제품 생산이 가능하다는 것을 확인하였다.
- 또한 기존 나일론 염색공정의 경우 견뢰도가 불량하고 중금속 이용으로 친환경적이지 못한 산성염료가 사용되는 것을, 색상이 진하고 견뢰도도 우수하며 중금속을 사용하지 않은 황화염료를 사용하여 기존의 여러 가지 문제점을 해결하고 고품질의 나일론 고밀도 니트 제품 생산이 가능하다는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과물들은 기능성 고밀도 나일론 제품의 국내외 시장 진출의 폭을 넓혀주었으며, 현재 국내외 섬유패션업체 및 바이어 방문과 상담을 추진하고 있다. 추후 고감성, 고기능성의 나일론 제품의 상품화 시장 확대를 위해 착용실험을 통한 구체적인 감성평가와 더불어 다양한 디자인 개발 연구를 지속해 나갈 계획이다.
- 셋째, 황화염료를 사용하여 나일론 및 나일론과 스판덱스 복합소재를 염색한 경우 세탁견뢰도, 물견뢰도, 일광견뢰도 및 마찰견뢰도가 4-5급 이상으로 매우 우수하였다.
- 염색된 시료들의 세탁견뢰도 및 물견뢰도는 황화염료가 물에 용해하지 않으므로 변퇴 및 오염 등급이 모두 4-5급 이상으로 우수하게 나타났다(표 7, 8). 또한 마찰견뢰도의 경우 건 및 습 모두 4-5급 이상으로 황화염료가 면섬유와는 달리 나일론 섬유 내부까지 침투하여 염착된 것으로 판단되며, 일광견뢰도의 경우에도 5급 이상으로 매우 우수하다는 것을 확인하였으며(표 9), 이러한 이유는 황화염료가 수용성의 leuco type으로 변화하여 염료 입자의 섬유 내부로의 침투 및 산화된 염료 회합 등에 의한 것으로 추정된다.
- 첫째, 편사로 나일론 및 스판덱스를 사용하여 44게이지 평편조직으로 고밀도로 편직하는 경우 편환장은 1Course length가 8.2m 이상, 급사장력 5g 이하, 편성속도 18rpm 이하의 편성 조건이 효과적임을 확인하였다.
후속연구
- Hunger, 2003). 그러나 나일론 등 아미드계 합성섬유를 고가의 산성염료 대신 비교적 가격이 저렴한 황화염료를 사용하여 염색한다면, 생산 원가도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 우수한 세탁, 일광 등의 견뢰도를 확보할 수 있는 고부가 니트제품을 생산하여 군복, 자동차 내장재 등 산업용 섬유제품으로의 확대도 기대할 수 있을 것으로 사료 된다. 이에 본 연구에서는 가격이 저렴하면서도 우수한 품질의 나일론 제품생산의 확대를 위해 나일론 세섬사를 활용하여 경량성, 방풍성, 신축성 등 고기능성을 부여한 하이게이지 고밀도 편직의 편성성 및 나일론에 대한 황화염료의 염색성에 대하여 실험, 분석하였다.
- 본 연구의 결과물들은 기능성 고밀도 나일론 제품의 국내외 시장 진출의 폭을 넓혀주었으며, 현재 국내외 섬유패션업체 및 바이어 방문과 상담을 추진하고 있다. 추후 고감성, 고기능성의 나일론 제품의 상품화 시장 확대를 위해 착용실험을 통한 구체적인 감성평가와 더불어 다양한 디자인 개발 연구를 지속해 나갈 계획이다.
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