[논문]전처리 처리 조건에 따른 케이폭 섬유의 특성

홍석일; 이희동; 심재윤; 서원진; 이범수

doi:10.5764/tcf.2014.26.3.230

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The kapok fibers which are the functional fiber materials having natural hollows are environment friendly materials the demand and interest of which are increasing. The kapok fibers are environment friendly and natural hollow fibers which are 5-8 times lighter than cottons and have excellent perform...

The kapok fibers which are the functional fiber materials having natural hollows are environment friendly materials the demand and interest of which are increasing. The kapok fibers are environment friendly and natural hollow fibers which are 5-8 times lighter than cottons and have excellent performances in thermo keeping property, air permeability, bulkiness and resilience. In this study, the pretreatment according to the dyeing behaviors of kapok fibers were studied. Pretreatment(scouring, bleaching) were a variety of conditions. Scouring and bleaching, images of changed surfaces and cross-sections and dyeing behaviors of the dye-o-meter according to the concentration measured in meters and compared. Although the final exhaustion ratio of the kapok fibers scoured with a high concentration recipe was almost as same as that of the kapok fibers bleached with a high concentration recipe, the initial absorption speed of the kapok fibers scoured with the high concentration recipe was faster than that of the kapok fibers bleached with the high concentration recipe.

주제어

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문제 정의

1. 본 연구에서는 전처리 조건에 따른 케이폭 섬유의 섬유표면과 단명형태 변화 및 염색성에 대한 기초 연구를 하였다.
본 연구에서는 케이폭 섬유를 정련과 표백 등 전처리 조건에 따른 섬유표면과 단면형태 변화를 관찰하기 위해 FE-SEM을 이용해 이미지를 분석하고 그에 따른 염액상태를 측정하여 전처리 조건에 따른 염색거동에 대한 기초연구를 진행하였다.
본 연구에서는 케이폭 섬유에 대한 기초자료를 제공하기 위해 정련과 표백 등 전처리 조건에 따른 섬유표면과 단면형태 변화를 분석하고 그에 따른 염액상태를 측정하여 전처리 조건에 따른 염색 거동에 대한 기초연구를 진행하였다.

제안 방법

f로 사용하여 액비 10:1로 염색을 하였다. 먼저 30℃에서 염액을 넣고 교반을 한 후 바로 중성염 50g/l를 5, 15, 15, 15g씩 4회에 걸쳐 3분 간격으로 분할투입하고 10분간 흡착 과정을 거친 후 60℃까지 1℃/min로 승온하고 60℃에서 알칼리 20g/l를 넣고 60분간 반응 과정을 거쳤다. 염색후 소핑제 1g/l를 넣고 98℃에서 10분간 유지하여 소핑 과정을 거쳤다.
염액의 흡광도를 염색과 동시에 실시간으로 측정하기 위해서 다이오미터(dye-o-meter, DyeMax, KITECH)를 사용하였다. 다이오미터는 실제 면직물의 반응 염료 염색과정과 유사하도록 만들어진 액류 염색 기와 일정시간 간격으로 염액의 흡광도를 측정하는 측정장치, 측정된 데이터를 분석하고 모니터 화면에 보여주는 분석 프로그램으로 구성되어 있다^12,13).
전처리 조건에 따른 케이폭 섬유의 표면 및 단면 상태를 관찰하기 위해 ion sputter coater(HITACHI, E-1045)를 이용하여 platinum ion을 120초 동안 진공 증착하여 전처리한 후 FE-SEM(Field emission Scanning Electron Microscope, HITACHI, SU-8010)으로 3kV의 전압을 시료에 걸어서 500배, 3,000배의 이미지를 관찰하였다¹⁰⁾.
전처리 조건에 따른 케이폭 섬유의 표면과 단면 형태를 FE-SEM을 이용하여 살펴보았다.
전처리는 조건에 따라서 미처리(100℃, 30), 정련, 표백을 구분하여 진행하였다^8,9). 정련은 정련제 Inkanol 5L-1 2-6g/l를 넣고 100℃에서 30분간 처리하였고 표백은 정련제 2g/l, 수산화나트륨 sodium hydroxide(NaOH) 2-4g/l, 과산화수소 hydrogen peroxide(H₂O₂)10-20g/l을 넣고 100℃에서 30분간 처리하였다.
케이폭 섬유는 반응성 염료 Sunfix Red S3B 100%를 염료농도 1% o.w.f로 사용하여 액비 10:1로 염색을 하였다. 먼저 30℃에서 염액을 넣고 교반을 한 후 바로 중성염 50g/l를 5, 15, 15, 15g씩 4회에 걸쳐 3분 간격으로 분할투입하고 10분간 흡착 과정을 거친 후 60℃까지 1℃/min로 승온하고 60℃에서 알칼리 20g/l를 넣고 60분간 반응 과정을 거쳤다.
5mm인 것을 사용하였다. 펄스제논 램프(Pulsed xenon lamp)를 광원으로 하여 파장범위 220-750nm에서도 안정적인 측정이 가능하도록 하였다. 디텍터는 최대 8대까지 채널을 확장 하여 측정 할 수 있고 파장범위 200-1100nm에서 25㎛ 의 slit을 사용함으로써 고해상도(0.

대상 데이터

염색에 사용된 중성염은 sodium sulfate anhydrous(Na₂SO₄)를 알칼리는 sodium carbonate anhydrous(Na₂CO₃) 모두 1급 시약을 사용하였다. 염료는 국내 오영산업 제품으로 모노클로로트리아진(monochloro-triazine)과 비닐술폰(vinysulfone)의 2개의 반응기를 갖는 2관능성 반응성 염료인 Sunfix Red S3B 100%를 사용하였다.
, Ltd)를 사용하였다. 전처리에 사용된 정련제는 Inkanol 5L-1(동림유화)을 사용하였고 표백에 사용된 조제는 수산화나트륨 sodium hydroxide(NaOH)와 과산화수소 hydrogen peroxide(H₂O₂)를 별도의 정제 과정 없이 사용하였다. 염색에 사용된 중성염은 sodium sulfate anhydrous(Na₂SO₄)를 알칼리는 sodium carbonate anhydrous(Na₂CO₃) 모두 1급 시약을 사용하였다.
피염물은 100% kapok fiber slivers(Taihan Textile Co., Ltd)를 사용하였다. 전처리에 사용된 정련제는 Inkanol 5L-1(동림유화)을 사용하였고 표백에 사용된 조제는 수산화나트륨 sodium hydroxide(NaOH)와 과산화수소 hydrogen peroxide(H₂O₂)를 별도의 정제 과정 없이 사용하였다.

성능/효과

2. 열수, 표준정련, 과정련의 정련조건에 따른 케이폭 섬유의 최종 흡진율은 각각 47.1%, 75.3%, 76.7%로 열수로 처리한 경우 초기 흡착속도가 느리고 최종 흡진율도 표준정련, 과정련에 비해 낮았다. 과정련과 표준정련의 최종 흡진율은 허용오차 범위 ±3.
3. 표준표백, 과표백, 표백손상의 표백조건에 따른 케이폭 섬유의 최종 흡진율은 각각 47.1%, 74.2%, 75.5%, 76.2%로 과표백과 표백손상 조건은 표준 표백에 비해 초기 흡착속도가 빠르고 흡착단계에서 흡진율은 높지만 최종 흡진율은 표준표백 처리한 것과 허용오차 범위 ±3.0% 내에서 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
4. 케이폭 섬유의 표준정련과 표준표백의 경우 최종 흡진율은 각각 75.3%, 74.2%로 허용오차 범위 ±3.0% 내에서 큰 차이가 없으나 과정련과과표백의 경우 초기 흡착속도가 표준정련과 표준표백보다 빨라졌는데 이는 섬유표면 손상으로 인한 과도한 크랙으로 표면적이 증가하였기 때문이다.
과정련과 표준정련의 최종 흡진율은 허용오차 범위 ±3.0% 내에서 큰 차이가 없음을 알수 있다.
과표백과 표백손상 조건은 표준표백에 비해 초기 흡착속도가 빠르고 흡착단계에서 흡진율은 높지만 최종 흡진율은 표준표백 처리한 것과 허용오차 범위 ±3.0% 내에서 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
열수, 표준정련, 과정련의 최종 흡진율은 각각 47.1%, 75.3%, 76.7%로 열수로 처리한 경우 초기 흡착속도가 느리고 최종 흡진율도 표준정련, 과정련에 비해 낮았다. 과정련 조건은 표준정련에 비해 초기 흡착속도가 빠르고 흡착단계에서의 흡진율은 높지만 최종 흡진율은 표준정련 처리한 것과 허용오차 범위 ±3.
과표백의 경우 표준표백 대비 농도가 40% 높은 경우이고 표백손상은 농도가 100% 높은 경우이다. 열수, 표준표백, 과표백, 표백손상의 최종 흡진율은 각각 47.1%, 74.2%, 75.5%, 76.2%로 열수로 처리한 경우 초기 흡착속도가 느리고 최종 흡진율도 표준표백, 과표백, 표백손상에 비해 낮았다. 과표백과 표백손상 조건은 표준표백에 비해 초기 흡착속도가 빠르고 흡착단계에서 흡진율은 높지만 최종 흡진율은 표준표백 처리한 것과 허용오차 범위 ±3.

후속연구

본 연구를 통해 케이폭 섬유 전처리 공정조건 설정의 기초자료로 활용될 수 있었다.
케이폭 섬유에 대한 관심은 오래전부터 있었지만 연구개발은 제직, 편직에서 부분적으로 진행되었고 다운스트림에서 업스트림까지 전 공정에 대한 체계적인 연구는 없는 실정이다. 초경량, 보온성을 가지는 케이폭 섬유를 제품화하기 위해서는 물리/화학적 개질 및 방적/제직 기술, 염색/가공기술에 대한 심층적인 연구가 필요하다. 특히 케이폭 섬유 자체가 면섬유와 동일한 셀룰로오스로 구성되고 구성성분도 유사하지만 천연중공으로 인해 면섬유와는 다른 염색거동을 나타낸다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	케이폭은 무엇인가?	케이폭 섬유는 판야(Panja)과에 속한 낙엽교목으로 케이폭 나무의 과피(열매내피) 내벽에 생긴 털을 케이폭이라고 한다. 케이폭 나무는 원산지가 아프리카의 열대지방 또는 스리랑카 지방으로 현재 동남아시아의 인도네시아, 태국, 베트남, 캄보디아 등지에서 생산되고 있다.
	케이폭 섬유의 성능으로 무엇이 있는가?	케이폭 섬유는 면 대비 5-8배의 초경량성이고 보온성과 통기성, 벌키성과 탄성회복력이 우수한 친환경 천연중공 섬유로 천연상태에서는 베개, 이부자리, 쿠션 등의 침장구류와 일반 충진재용으로 활용되고 있지만 그 활용범위는 좁은 상태이다2-7).
	케이폭 섬유의 조성은 어떻게 이루어져 있는가?	케이폭 나무는 약 20m까지 성장하는 낙엽교목으로 케이폭 섬유는 케이폭 나무의 과실로 내부는 5실로 나누어져 있고 100-150개의 종자가 있어 익으면 깨어진다. 섬유의 길이는 35mm 미만, 직경은 10-50㎛로 64%의 셀룰로오스, 13%의 리그닌 및 23%의 펜토산으로 이루어져 있다. Figure 1은 케이폭 섬유의 열매와 천연중공을 나타낸 것이다.

참고문헌 (13)

S. B. Lee, Korea Pat. 2010-0083100(2010).
E. H. Kim, Korea Pat. 2002-0031685(2002).
B. Y. Jung, Korea Pat. 2008-0043043(2008).
Y. W. Park, Korea Pat. 2009-0132987(2009).
Y. O. Choi, Korea Pat. 2010-0109624(2010).
Y. O. Choi, Korea Pat. 2012-0016016(2012).
T. Rijavec, Kapok in Technical Textiles, TEKSTILEC, 51(10-12), 319(2008).
Y. Leonard and P. Ansell, Chemical Modification of Hemp, Sisal, Jute, and Kapok Fibers by Alkalization, J. Appl. Polym. Sci., 84(12), 2222 (2002).

상세보기
S. H. Lee, Fabrication and Characteristics of Flame Retardant Fabric Developed by using Bicomponent Filament, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 25, 112(2013).

원문보기 상세보기
Y. H. Kim, K. B. Do, J. Y. Choi, M. M. Rabbani, S. I. Han, and J. H. Yeum, Electrospinning Fabrication of Poly(viny alcohol)/ $TiO_{2}$ Nanofiber, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 25, 119(2013).
A. Uygur and M. Hall, An Investigation into the Reaction of Bifunctional Reactive Dye at Various pH Levels, J. Soc. Dyers. Colour., 112(5-6), 167(1996).
K. Beck, T. Madderra, and B. Smith, Real-time Data Acquisition in Batch Dyeing, Text. Chem. Color., 23(6), 23(1991).
A. Gilchrist and J. H. Nobbs, Dyeing Machine Control Using In-line Colour Measurement Part 1: In-line Monitoring of Colour in Dye Liquors, J. Soc. Dyers. Colour., 113(11), 327(1997).

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