[논문]PET 인조 스웨이드 적용을 위한 적색 수성 잉크의 제조 및 코팅 특성 연구

이혜미; 김대근; 김아롱; 이정훈; 이승걸

doi:10.5764/tcf.2017.29.4.202

PET 인조 스웨이드 적용을 위한 적색 수성 잉크의 제조 및 코팅 특성 연구
Investigation on the Preparing and Coating Properties of Water-based Red Ink for PET Synthetic Suede 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.29 no.4, 2017년, pp.202 - 210

이혜미 (다이텍연구원 부산분원) , 김대근 (다이텍연구원 부산분원) , 김아롱 (다이텍연구원 부산분원) , 이정훈 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 이승걸 (부산대학교 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, the water-based ink have been widely used in various industrial applications due to environmental problems. Dispersibility of the pigment for applications of the water-based ink is the one of the most important technical factors to produce uniform color products. Thus, in this study, the three-roll mill process was used to improve the dispersion of the water-based ink. The results indicated that the three-roll mill reduced the size of pigment particles in the ink more than 50%. In addition, the dispersant showed an important role to maintain the dispersion stability of the pigment in the water-based ink over 120 hours. We also confirmed the optimum contents of the ink stock solution, drying temperature and drying time by the colorimeter and colorfastness tests on produced PET synthetic suedes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 친환경 PET 인조 스웨이드의 프린팅 공정에서 사용되는 수성타입의 잉크를 3-roll-mill 공정을 통하여 분산성을 확보하고, 분산제 첨가를 통하여 분산안정성을 향상시키고 분산 최적조건을 확립하고자 하였다. 또한 제조된 수성잉크를 PET 인조 스웨이드로 적용하여 발색성을 극대화 할 수 있도록 잉크함량, 건조시간 및 건조온도 등 공정특성을 연구함으로써 신발용, 장갑용, 자동차 내장재 등으로 활용되는 수성 잉크 프린팅 인조스웨이드 제조에 대한 기초자료를 확보하고자 한다.
본 연구에서는 PET 인조 스웨이드의 적용을 위한 수성 잉크의 제조와 코팅 특성을 연구하였다. 수성 잉크를 스웨이드에 적용하기 위해서는 사전에 밀링공정이 필요하며, 이에 밀링횟수에 따른 분산성을 확인하였다.
본 연구에서는 친환경 PET 인조 스웨이드의 프린팅 공정에서 사용되는 수성타입의 잉크를 3-roll-mill 공정을 통하여 분산성을 확보하고, 분산제 첨가를 통하여 분산안정성을 향상시키고 분산 최적조건을 확립하고자 하였다. 또한 제조된 수성잉크를 PET 인조 스웨이드로 적용하여 발색성을 극대화 할 수 있도록 잉크함량, 건조시간 및 건조온도 등 공정특성을 연구함으로써 신발용, 장갑용, 자동차 내장재 등으로 활용되는 수성 잉크 프린팅 인조스웨이드 제조에 대한 기초자료를 확보하고자 한다.

제안 방법

건조시간이 발색성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기에서 선정한 원액 함량 30%인 수성잉크로 건조시간 1, 5, 10, 20, 30(mins)에 따라 인조스웨이드에 코팅하였다. 이때, 건조온도는 110℃로 고정하고, 측색기로 제조된 시료의 색상 및 발색성을 측정하였다.
건조온도가 발색성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기에서 선정한 원액 함량 30%인 수성 잉크로 건조온도 90, 100, 110, 120, 130(°C)에 따라 PET 인조 스웨이드에 코팅하였다. 이때, 건조시간은 5분으로 고정하고, 제조된 시료는 측색기로 색상 및 발색성을 측정하였다.
따라서 분산제 함량 0, 2, 4, 6(%)에 따른 분산 안정성을 평가하기 위해 밀링 1회 작업한 수성잉크에 각 함량별 분산제를 첨가하여 입도분석기로 입자 크기 분포(D10, D25, D50, D75, D90)를 측정하여 분산성을 분석하였다.
밀링공정 횟수 0~3(회)에 따른 수성 잉크 내 안료 분산성을 확인하기 위하여 입도분석기(LS I3 320, Beckman Coulter, USA)를 이용하여 평균 입도크기를 측정하였다. 또한, 분산제 농도 0~6(%)에 따른 수성 잉크 내 안료 분산안정성을 확인하기 위하여 시간경과에 따른 상분리 거동을 육안으로 확인하고, 크기에 따른 상대적인 누적 양에 대해서 입도 분포 곡선을 도식화하여 각 비율별 입자 크기를 나타내는 입도분포(D10, D25, D50, D75, D90)에 따라 비교 분석하였다.
상기 밀링횟수 및 분산제 함량에 따른 분산안정성에 대한 실험결과를 토대로 밀링 1회, 분산제 함량 4%로 제조한 수성잉크를 최종 색상 매칭을 위해 인조 스웨이드에 코팅하여 적용하였다.
수성 잉크의 분산 및 분산안정성 평가로 선정한 밀링 1회, 분산제 4% 조건으로 제조된 수성잉크를 함량 10~40(%)에 따라 증류수로 희석한 후, 인조스웨이드에 코팅하여 적절한 잉크 함량을 선정하였다. 건조조건은 수성 폴리우레탄 수지가 충분히 건조될 수 있도록 110℃에서 약 5분 동안 수행하였다.
수성잉크를 적용한 인조스웨이드의 견뢰도를 확인하기 위하여 시편 2.5cm x 15cm을 백포에 10회 반복 마찰시험을 하여 백포에 묻어나온 정도를 육안으로 등급판정을 하였다. 이때, 시험장비는 crocking tester (KJ-60, Kyungjin Testing Instrument, Korea)를 사용하였다.
스웨이드 원단의 코팅 공정성 향상을 위해 제조 잉크를 증류수로 희석하였고, 증류수 대비잉크 원액 함량을 10%, 20%, 30%, 40%로 하여 인조스웨이드에 코팅한 후(건조조건 110°C, 5mins) 측색기로 샘플의 색상 및 발색성을 측정하였다.
밀링공정성과 분산제의 첨가 특성을 평가한 결과, 밀링공정 1회, 분산제 4% 함량이 최적 조건으로 확립되었다. 이렇게 결정된 조성으로 수성 잉크를 제조하고 PET 인조 스웨이드의 적용을 위해 증류수에 잉크 원액함량 비율을 조절해 가며 스웨이드 표면에 코팅을 하였다. 코팅된 시료의 발색성을 측정한 결과 원액함량이 30%인 경우, 발색성이 가장 우수하였다.
상기 제조한 수성 잉크(함량 30%)로 코팅한 인조스웨이드의 최적 건조온도와 건조시간을 찾아내기 위해 건조시간은 1~30분, 건조온도 90~130(℃)에 따라 제작하여 테스트하였다. 인조스웨이드 표면에 코팅한 방식은 knife over roll 코팅방식으로 knife와 coating roller 사이의 간격은 50μm 이내로 조절하였고, coater(DL-2015AC, Daelim Starlet, Korea)를 사용하여 코팅을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시료는 수분산 폴리우레탄 수지로 가공된 인조 스웨이드로 Polyester 100%로 구성된 두께 0.8mm인 트리코트 경편성물을 기재로 하였다(Table 2).
본 연구에서 사용한 안료는 불용성으로 평균 입자크기가 약 12μm인 파우더(powder) 형태로 잉크용액을 제조하기 위하여 해당 안료가 수분산 폴리우레탄 수지와 혼합되면 안료가 응집되면서 입자크기가 더욱 증가한다. 따라서 안료와 수지가 집합하여 부피가 증가한 잉크를 분산시켜 안료와 수지의 계면을 더욱 밀착시키는 물리적인 분산 공정이 선행되어야 한다.
수성 잉크의 배합에 있어서 잉크 조성은 수분산 폴리우레탄 수지와 증류수, 안료, 그리고 점증제로 하였다. 잉크 조성은 다음 Table 3에 나타내었다.
안료는 Table 1에서 보는 바와 같이 클라리언트의 분말(powder)상태로 된 안료(Novoperm-Rot HF2B01, Clariant, Co., Ltd, Korea)를 사용하였다. 잉크제조에 사용되는 폴리머는 수분산 폴리우레탄(Waterborne polyurethane 4614, VIX Corp.
, Ltd, Korea)를 사용하였다. 잉크제조에 사용되는 폴리머는 수분산 폴리우레탄(Waterborne polyurethane 4614, VIX Corp., Korea)을 베이스로 하였고, 분산제(Disperbyk2055, BYK, Germany) 및 점증제(OPTIFLD-L150, BYK, Germany)을 사용하였다.
평균 입자크기가 약 12μm인 안료 파우더를 상기용액 상에서 분산하기 위하여 배합된 잉크를 3-roll-mill(EXAKT Superfine Series 50i, EXAKT Advanced Technologies GmbH, Germany)을 사용하여 110rpm으로 밀링(milling)공정을 수행하였고, 밀링공정의 횟수 0~3(회)에 따라 각기 다른 시료를 제조하였다. 3-roll mill은 Scheme 2에서 보시는 바와 같이 회전거동이 상이한 3개의 롤러 사이를 시료가 통과하면서 물리적으로 밀링되는 원리로, 회전롤러를 통과한 입자는 입자크기가 분쇄된다.

데이터처리

수성잉크를 적용한 인조스웨이드의 발색성을 확인하기 위하여 측색기(Datacolor 800, datacolor, USA)을 사용하여 L*, a*, b*값을 측정하였다. 그리고 분광반사율을 측정한 후, Kubelka-Munk 식에 의해 겉보기 염착량(K/S)값과 Total K/S 값을 계산하여 상대 비교하였다. 측색기의 측색조건은 표준광원 D65, 표준관측자 10°에서 경면반사제외(SCI) 및 UV를 포함하는 조건으로 측정하였다.
밀링공정 횟수 0~3(회)에 따른 수성 잉크 내 안료 분산성을 확인하기 위하여 입도분석기(LS I3 320, Beckman Coulter, USA)를 이용하여 평균 입도크기를 측정하였다. 또한, 분산제 농도 0~6(%)에 따른 수성 잉크 내 안료 분산안정성을 확인하기 위하여 시간경과에 따른 상분리 거동을 육안으로 확인하고, 크기에 따른 상대적인 누적 양에 대해서 입도 분포 곡선을 도식화하여 각 비율별 입자 크기를 나타내는 입도분포(D10, D25, D50, D75, D90)에 따라 비교 분석하였다.
분산 공정으로 3-roll-mill을 수행하였으며, 110rpm의 조건에서 횟수에 따라 0, 1, 2, 3(회) 밀링하여 분산효과를 평가하였다.
수성잉크를 적용한 인조스웨이드의 발색성을 확인하기 위하여 측색기(Datacolor 800, datacolor, USA)을 사용하여 L*, a*, b*값을 측정하였다. 그리고 분광반사율을 측정한 후, Kubelka-Munk 식에 의해 겉보기 염착량(K/S)값과 Total K/S 값을 계산하여 상대 비교하였다.

이론/모형

가공조건은 증류수와 수분산 폴리우레탄을 100:10 비율로 희석하여 만든 제조액에 pad-dry 법으로 처리하였다. 패딩은 padder(DCTH-A100DU, Daelim Starlet, Korea)로 속도 20rpm, 압력 0.

성능/효과

따라서 잉크함량이 30%인 경우에 높은 색상 강도를 나타내어 가장 우수한 발색효과를 나타내었다. 또한, Figure 5(b)에서 보는 바와 같이 Total K/S 값 또한 잉크함량 30%인 경우가 가장 높음을 확인할 수 있다.
코팅된 시료의 발색성을 측정한 결과 원액함량이 30%인 경우, 발색성이 가장 우수하였다. 또한 시료의 건조 온도와 건조 시간에 따른 시료의 발색성을 평가하였고, 마찰견뢰도도 확인한 결과, 건조 조건에 따른 시료의 특성은 크게 영향을 받지 않는 것으로 사료된다.
분산된 잉크가 시간경과에 따라서 상분리가 발생하기 않고 분산안정성을 가지기 위해서는 분산제를 첨가되어야 한다. 밀링공정성과 분산제의 첨가 특성을 평가한 결과, 밀링공정 1회, 분산제 4% 함량이 최적 조건으로 확립되었다. 이렇게 결정된 조성으로 수성 잉크를 제조하고 PET 인조 스웨이드의 적용을 위해 증류수에 잉크 원액함량 비율을 조절해 가며 스웨이드 표면에 코팅을 하였다.

후속연구

하지만, 견뢰도가 다소 낮은 문제가 있으므로 향후 마찰견뢰도 증진제 등을 처리하여 마찰견뢰도를 향상시키는 연구를 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인조스웨이드란?	인조스웨이드는 일반적으로 경편물 기모원단에 유기용제형 폴리우레탄 수지로 함침(dipping)한 제품으로, 특유의 표면촉감과 우수한 기계적 물성으로 인하여 신발용, 장갑용 등 패션잡화용을 비롯하여 자동차내장재 등의 각종 산업용 섬유 분야에 다양하게 적용되고 있다1,2). 최근에는 환경에 대한 관심이 증가함에 따라 유기용제형 폴리우레탄에 사용되는 디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 메틸아세트아미드(N,N-Methylacetamide, DMAc)와 같은 휘발성 유기용매가 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 끼치는 원인이 되어 이에 따른 규제가 강화되고 있다.
	휘발성 유기용매가 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 끼치는 원인이 되어 규제가 강화됨에 따라 유기용제형 폴리우레탄의 대체품으로 사용되고 있는 것은?	최근에는 환경에 대한 관심이 증가함에 따라 유기용제형 폴리우레탄에 사용되는 디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 메틸아세트아미드(N,N-Methylacetamide, DMAc)와 같은 휘발성 유기용매가 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 끼치는 원인이 되어 이에 따른 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 유기용제형 폴리우레탄은 물을 용매로 사용하는 수분산형 폴리우레탄(waterborne polyurethane, WPU)으로 대체되어 사용되고 있다3-7).
	인조스웨이드가 적용되고 있는 곳은?	인조스웨이드는 일반적으로 경편물 기모원단에 유기용제형 폴리우레탄 수지로 함침(dipping)한 제품으로, 특유의 표면촉감과 우수한 기계적 물성으로 인하여 신발용, 장갑용 등 패션잡화용을 비롯하여 자동차내장재 등의 각종 산업용 섬유 분야에 다양하게 적용되고 있다1,2). 최근에는 환경에 대한 관심이 증가함에 따라 유기용제형 폴리우레탄에 사용되는 디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 메틸아세트아미드(N,N-Methylacetamide, DMAc)와 같은 휘발성 유기용매가 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 끼치는 원인이 되어 이에 따른 규제가 강화되고 있다.

참고문헌 (10)

S. Yamauchi, On the Present Condition and the Future Outlook of Automotive Interior Decoration Materials, Sen'i Gakkaishi, 59(8), 275(2003).
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상세보기
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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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