선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구에서는 프탈로시아닌을 모체로 하는 새로운 적외선 위장 염료를 합성하고 면섬유에의 염색성, 견뢰도, 근적외선 반사율 특성을 고찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 이 연구에서는, 프탈로시아닌을 모체로 하는 새로운 적외선 위장 직접염료 또는 반응성 염료를 합성하고 면섬유의 적용가능성을 조사하였다. 프탈로시아닌은 안료이기 때문에 면직물에 염색하기 어려운 단점이 있다.
제안 방법
- 견뢰도 시험전, 염색한 시료를 170ºC, 60초 동안 텐터(미니텐터 DL-2015, DaeLim, Korea)에서 열처리한 후 세탁견뢰도(KS K ISO 105-C06/C1S), 마찰견뢰도(KS K ISO 105-X12), 일광견뢰도(KS K ISO 105-B02)를 측정하였다.
- 구리-프탈로시아닌에 수용성 술폰산기를 도입한 직접염료 1종을 합성하였고, 합성한 직접염료에 반응성기를 도입한 반응성 염료 3종을 합성하였다. 합성한 4종의 염료의 최대흡수파장(λmax)은 모두 666−668 nm로서 유사했으며, 염료들의 몰흡광계수(εmax)는 50,100−63,900 l mol-1 cm-1 정도로 비교적 높았다.
- Pigment Blue 15에 수용성기를 도입하여 직접염료의 특성을 나타낼 수 있는 Dye 1을 합성하였다. 또한 제반 견뢰도를 높일 수 있도록 Dye 1에 반응성기를 도입하여 Dye 2, 3, 4를 합성하였다.
- 먼저 Dye 1의 합성에서는 출발물질인 안료에 발연황산을 이용한 술폰화반응(sulfonation)을 통해 술폰산기를 도입하였다. 일반적으로 프탈로시아닌 유도체의 술폰화반응은 반응온도와 시간에 따라 도입되는 술폰산기(sulfonic acid group)의 개수를 조절할 수 있는데[13], Dye 1의 합성에서는 145ºC에서 3시간 반응시켜 술폰산기를 2개 도입하고자 하였다.
- Pigment Blue 15는 프탈로시아닌계 안료로서 물에 녹지 않기 때문에 이 상태로는 섬유염색에 사용될 수 없다. 면섬유에 염색되기 위해서는 염료가 면섬유와 일정수준 이상의 직접성(substantivity)을 보일 수 있어야 하며, 이를 위해 C.I. Pigment Blue 15에 수용성기를 도입하여 직접염료의 특성을 나타낼 수 있는 Dye 1을 합성하였다. 또한 제반 견뢰도를 높일 수 있도록 Dye 1에 반응성기를 도입하여 Dye 2, 3, 4를 합성하였다.
- 염색및 soaping은 실험실용 IR 염색기를 사용하였으며, 액비는 10:1로 고정하고, 염료농도는 0.2−3% o.w.f. 로 변화시켰다.
- 염색한 원단을 두 번 접어 네 겹으로 만든 다음, 측색기(Coloreye 3000, Gretag Macbeth)를 이용하여 광원 D65, 관측시야 10º의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다.
- 프탈로시아닌은 안료이기 때문에 면직물에 염색하기 어려운 단점이 있다. 이를 위해 프탈로시아닌계 유도체에 수용성기를 부여하고, 염색성과 견뢰도를 높이기 위하여 반응성기를 도입한 염료를 설계하고 합성한 후, 합성한 염료의 분광학적 특성 및 염색성과 견뢰도를 조사하였다.
- 적외선 위장성능을 평가하기 위한 가시-근적외선 영역의 반사율은 Cary 5000 UV-Vis-NIR 분광광도계(Varian, USA)를 이용하여 염색된 시료들을 측정하였다.
- 로 변화시켰다. 직접염료인 Dye 1은 염욕에 Na2SO4 50 g/l을 추가하였으며, 반응성염료인 Dye 2, 3, 4는 염욕에 Na2SO4 50 g/l 그리고 Na2CO320 g/l을투입하였다. 염색온도는직접염료인 Dye 1은 100ºC,반응성 염료인 Dye 2, 3, 4는 반응성기의 종류에 따라 40ºC(Dye 2), 80ºC(Dye 3), 60ºC(Dye 4)에서 염색하였다.
- 프탈로시아닌계 안료인 C.I. Pigment Blue 15에 술폰기를 도입하여 Dye 1을 합성하였으며, Dye 1에 반응성기를 도입하여 Dye 2, 3, 4를 합성하였다.
- 합성한 프탈로시아닌계 염료 4종(Dyes 1−4)을 이용하여 Figure 1의조건에따라면직물을염색하였다.
대상 데이터
- 염색에 사용된 직물은 100% 면직물(twill, fabric count: 122×56 thread/inch, fabric weight:194 g/m2)로 (주)방림에서 제공받아 사용하였다. 염색에 사용된 시약은 모두 1급 시약을 사용하였으며, 세탁견뢰도 시험용 세제로는 ECE Reference Detergent를 사용하였으며 견뢰도시험용 오염포로는 다섬교직포(AATCC NO.10)를 사용하였다.
- 염색에 사용된 직물은 100% 면직물(twill, fabric count: 122×56 thread/inch, fabric weight:194 g/m2)로 (주)방림에서 제공받아 사용하였다.
- 중간체와 염료의 합성에 쓰인 4-(β-sulfatoethylsulfonyl)-aniline(97%), aniline-3-sulfonic acid(95%)는 (주)오영산업에서 제공받아 사용하였다.
- 합성을 위해 사용된 출발 물질로는 C.I. Pigment Blue 15(CuPc)를 ㈜경인에서 제공받아 사용하였다. 중간체와 염료의 합성에 쓰인 4-(β-sulfatoethylsulfonyl)-aniline(97%), aniline-3-sulfonic acid(95%)는 (주)오영산업에서 제공받아 사용하였다.
데이터처리
- 합성한 염료 및 중간체들의 구조를 분석하기 위하여 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometer(MALDI-TOF)를 이용하여 질량분석을 실시하였고, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy(Perkin Elmer)를 이용하여 적외선분광분석을실시하였다. 또한 UV-visible spectrophotometer(UV2-3000E, UNICAM)를 이용하여 합성한 염료들의 최대 흡수파장을 측정하였으며, 염료들의 몰흡광계수는 다음의 Beer-Lambert 식을 이용하여 계산하였다.
이론/모형
- 합성한 염료 및 중간체들의 구조를 분석하기 위하여 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometer(MALDI-TOF)를 이용하여 질량분석을 실시하였고, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy(Perkin Elmer)를 이용하여 적외선분광분석을실시하였다. 또한 UV-visible spectrophotometer(UV2-3000E, UNICAM)를 이용하여 합성한 염료들의 최대 흡수파장을 측정하였으며, 염료들의 몰흡광계수는 다음의 Beer-Lambert 식을 이용하여 계산하였다.
- 염색한 원단을 두 번 접어 네 겹으로 만든 다음, 측색기(Coloreye 3000, Gretag Macbeth)를 이용하여 광원 D65, 관측시야 10º의 조건에서 각 파장대의 반사율을 측정하였다. 최대 흡수파장에서의 표면 반사율(R)로 부터 겉보기색농도인 K/S 값을 다음의 Kubelka-Munk 식에 의해 구하였다.
성능/효과
- 모든 염료에 있어서 염료농도가 증가함에 따라 fk value 값이 증가하는 것으로 보아 양호한 빌드업(build-up)성을 나타내는 것을 알 수 있다. Dye 1에 비해 Dye 2와 3의 염색성이 더 우수한 것을 알 수 있고, Dye 4는 염색성이 가장 우수하였다. 이는 직접염료로서 면섬유와 반데르발스결합이나 수소결합으로 염색되는 Dye 1에 비해, 반응성 염료인 Dye 2, 3, 4가 면섬유와 공유결합을 함으로써 더 많은 염료의 흡진이 가능하기 때문으로 해석할 수 있다.
- 합성한 염료로 염색된 면직물은 녹색을 띈 청색의 색조를 보였으며, 650−700 nm 근처에서 반사율이 낮았으며, 특히 근적외선 영역에서 반사율이 염색 전 시료에 비해 낮아 근적외선을 일부 흡수함을 알 수 있었다. 또한 Dye 1, 3, 4로 염색한 샘플이 국방규격에서 정한 디지털 5도색 중 수풀(forest green) 색에 해당하는 반사율 허용범위를 만족하였다.
- 이는 직접염료로서 면섬유와 반데르발스결합이나 수소결합으로 염색되는 Dye 1에 비해, 반응성 염료인 Dye 2, 3, 4가 면섬유와 공유결합을 함으로써 더 많은 염료의 흡진이 가능하기 때문으로 해석할 수 있다. 또한 Dye 2와 3은 반응성기가 1개 있는 반면, Dye 4는 반응성기가 2개가 있으므로 면섬유와의 더 효율적인 반응이 가능하여 결과적으로 가장 높은 염색성을 나타내었다고 판단된다. Dye 4의 염색성이 높은 또 다른 이유는 Table 1에서 보인 바와 같이 다른 염료에 비해 몰흡광계수(εmax)가 높아,염색된 양이 비슷할 경우 더 진한 색상을 발현할 수 있다.
- 00)에 해당하는 것이다. 또한 생성된 Dye 1이 증류수에 잘 용해됨을 확인함으로써 수용성기가 도입되었음을 알 수 있었다. Dye 2의 합성을 위해, Dye 1을 알칼리 조건에서 가수분해 시켜프탈이미드기 부분을 아미노(amino)기와 프탈산(phthalicacid)으로 분해시켰다.
- Figure 3은 합성한 염료들의 염료농도를 변화시키면서 면직물에 염색하였을 경우 염색성을 fk value로 나타낸 것이다. 모든 염료에 있어서 염료농도가 증가함에 따라 fk value 값이 증가하는 것으로 보아 양호한 빌드업(build-up)성을 나타내는 것을 알 수 있다. Dye 1에 비해 Dye 2와 3의 염색성이 더 우수한 것을 알 수 있고, Dye 4는 염색성이 가장 우수하였다.
- 세탁견뢰도는 일부 4등급을 제외하고 4−5등급으로 우수하였고, 마찰견뢰도는 매우 우수하였으며, 일광견뢰도는 양호한 수준이었다.
- 세탁견뢰도의 경우 변퇴색 등급은 모두 4−5등급으로 매우 우수하였고, 오염은 면 4등급, nylon 일부 4등급을 제외하면 모두 4−5등급으로 우수하였다.
- 질량분석 결과 4종의 염료 모두 술폰산기가 2개 도입된 구조에 해당하는 피크를 얻을 수 있었다. 이와 같은 분석 결과로 부터 4종의 염료가 설계한 구조로 합성되었음을 알 수 있었다.
- 높은 몰흡광계수는 색소모체인 높은 평면성과 긴 공액계를 가지고 있는 프탈로시아닌 자체의 고유한 특성에 기인한 것으로 판단된다. 적외선 분광분석 결과 4종의 염료 모두 수용성 술폰산기(sulfonic acid group)의 특성 피크(S=O)가 나타났다. 또한 앞서 언급한 바와 같이 Dye 1에서는 프탈이미드기의 카르보닐(carbonyl)기 피크가 1717 cm-1에서 발견되었고, 이후 프탈이미드기가 가수분해된 Dye 2−4에서는 카르보닐 피크가 존재하지 않았다.
- 그리고 반응성기가 도입된 Dye 2−4에서는 트리아 진(triazine)기에 해당하는 피크가 1566−1570 cm-1에 나타났다. 질량분석 결과 4종의 염료 모두 술폰산기가 2개 도입된 구조에 해당하는 피크를 얻을 수 있었다. 이와 같은 분석 결과로 부터 4종의 염료가 설계한 구조로 합성되었음을 알 수 있었다.
- 합성한 4종의 염료의 최대흡수파장(λmax)은 모두 666−668 nm로서 유사했으며, 염료들의 몰흡광계수(εmax)는 50,100−63,900 l mol-1 cm-1 정도로 비교적 높았다.
- 합성한 염료들은 면직물에 양호한 빌드업(build-up)성을나타내었고, 직접염료인 Dye 1이 반응성 염료들에 비해 염색성이 낮았으며, 반응성기를 2개 포함하고 몰흡광계수가 큰 Dye 4의 염색성이 가장 우수하였다. 합성한 염료로 염색된 면직물은 녹색을 띈 청색의 색조를 보였으며, 650−700 nm 근처에서 반사율이 낮았으며, 특히 근적외선 영역에서 반사율이 염색 전 시료에 비해 낮아 근적외선을 일부 흡수함을 알 수 있었다.
- 합성한 염료들의 몰흡광계수(εmax)는 50,100−63,900 l mol-1 cm-1 정도로 비교적 높았다.
- 합성한 염료로 염색된 면직물은 녹색을 띈 청색의 색조를 보였으며, 650−700 nm 근처에서 반사율이 낮았으며, 특히 근적외선 영역에서 반사율이 염색 전 시료에 비해 낮아 근적외선을 일부 흡수함을 알 수 있었다.
- 또한 근적외선 영역에서 급격히 반사율이 높아지는 것이 아니라 서서히 높아지는 지는 것을 알 수 있는데, 이는 프탈로시아닌 염료가 근적외선 영역을 일부 흡수하기 때문으로 판단된다. 합성한 염료의 색상과 반사율 곡선을 통해 예측할 수 있듯이, 실제 염색한 면직물은 녹색을 띈 청색(greenish blue) 색조를 보였다.
후속연구
- Dye 1(3% owf)과 Dye 3(2% owf)으로 염색한 샘플은 모두 최솟값 이상과 최댓값 이하의 반사율 값을 나타내었으며, Dye 4(2% owf)의 경우 1개 지점을 제외하고 허용범위 이내에 들었다. 이로 부터 Dye 1, 3, 4를 이용하면 적절한 color matching을 통해 적외선 위장성능이 있는 수풀색 구현이 가능할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.