[논문]아로마틱 고분자를 적용한 기능성 PET 가공사 제조 및 특성

안다정; 최철훈; 이재웅; 이상오

doi:10.5764/tcf.2017.29.3.148

아로마틱 고분자를 적용한 기능성 PET 가공사 제조 및 특성
Preparation and Properties of Functional PET Textured Yarn Coated with Aromatic Polymer 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.29 no.3, 2017년, pp.148 - 154

안다정 (영남대학교 파이버시스템공학과) , 최철훈 (영남대학교 파이버시스템공학과) , 이재웅 (영남대학교 파이버시스템공학과) , 이상오 (영남대학교 의류패션학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Many researches have been made on the processing technology of Poly(ethylene terephthalate) (PET), which is widely used for clothing and non-clothing applications. In this study, we coated PET filaments with m-aramid resin to improve heat resistance and antimicrobial properties. In order to enhance adhesion between PET and m-aramid polymer, the adhesive polymer was coated on the PET filaments using a winding speed of 100m/min and then treated with m-aramid. Scanning electron microscopy was used to analyze the surface of the adhesive polymer and m-aramid treated PET filament. The change of initial degradation temperature according to treatment was confirmed by thermogravimetric analysis. Antimicrobial activity analysis using bacterial reduction method showed that PET filament treated with adhesive polymer and m-aramid had an increased antibacterial effect compared to untreated PET filament.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 비교적 간단한 공정을 이용하여 maramid 및 접착고분자로 표면 코팅 처리된 PET사를 제조한 후, 기존 미처리 PET사 대비 향상된 내열성 및 항균성을 확인하고자 한다.

제안 방법

동결 보존된 균을 액체배지에 넣어 37℃, 24h 인큐베이터에서 활성화시킨 후 시료에 1mL 접종 하였다. 24h 후 0.85% 생리식염수에 시료를 넣어 vortex한 후 십진법을 이용하여 균 농도를 조절한 희석액을 실험에 사용하였다.
순수한 PET사와 m-aramid 처리된 PET사 및 염소화 시킨 m-aramid 처리된 PET사의 표면상에 특징적인 관능기 관찰로부터 PET사의 코팅과 염소화 여부를 확인하였다. Attenuated total reflection(ATR)이 장착된 적외선 분광 분석기(Spectrum 100, PerkinelmerCo., USA)를 사용하여 700~4000cm^-1범위에서 분광 분석을 실시하였다.
Filament 피복시설을 이용하여 granule 형태 접착 고분자(PES 3115, Handling Temp 140-160℃, Melting range 91-129℃, JCC Company, China)를 polyester 원사(Spin Draw Yarn 250denier/48 filament, Seongan Synthesis Co., Ltd., Korea)에 코팅하기 위하여 접착고분자 용융온도 140℃, 노즐 크기 0.4nm, 권취속도 70, 120, 300, 600m/min으로 설정하여 코팅하였다. 접착고분자를 코팅한 polyester 원사는 500denier로 미처리 원사 대비 2배 정도 굵기로 형성되었다.
PET사와 m-aramid의 서로 다른 고분자의 코팅 시상분리를 방지하기 위하여 중간층에 접착고분자를 이용하여 기능성 PET 가공사를 제조하였다.
m-Aramid 단독 처리한 PET사와 접착고분자 및 m-aramid가 코팅된 PET사의 표면 상태를 비교 분석하였다. 사의 외층의 코팅층 박리를 위해 Instron을 이용하여 파지 압력 1.
강력테스트 시험기(OTTSeries, Oriental, Korea)를 이용한 방법으로, 항온항습(20 ± 1℃, 65 ± 2% RH) 조건에서 정속 인장식기준으로 클램프 사이 파지거리가 20mm, 신장속도 200mm/min의 조건으로 측정하였다.
이러한 peak shift는 maramid 처리된 PET사에 염소가 부착된 후 N-H결합이 염소화를 통하여 N-Cl결합으로 전환된 것에 기인한 것으로 해석된다²⁶⁾. 미처리 및 접착고분자/maramid를 처리한 PET사의 항균성 테스트를 진행하였고, 그 결과를 Table 2에 나타내었다.
본 연구에서는 접착고분자/m-aramid 처리한 PET 사를 염소화시킨 후 시료에 염소 원자의 성공적인 부착 여부 확인을 위해 FT-IR로 측정하여 Figure 4에 나타내었다.
m-Aramid 단독 처리한 PET사와 접착고분자 및 m-aramid가 코팅된 PET사의 표면 상태를 비교 분석하였다. 사의 외층의 코팅층 박리를 위해 Instron을 이용하여 파지 압력 1.2kgf을 가한 후 사를 인장시켜 PET 코팅사 표면의 형태 변화를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관측한 후 그 결과를 Figure 2에 나타내었다.
접착고분자와 m-aramid/PET 코팅사의 단면을 관찰하기 위하여 광학현미경(MX51-N633MU, Olympus, Korea)을 사용하였다. 순수한 PET사, 접착고분자 처리된 PET 코팅사 및 접착고분자/m-aramid 처리된 PET 코팅사 측정 시 100배의 배율로 관측하였다.
순수한 PET사, 접착고분자/m-aramid 처리된 PET 코팅사 섬유의 열적 특성을 분석하기 위하여 TGDTA(Q500, TA Instruments, USA)를 사용하여 열분석 데이터인 TGA 중량감소 곡선을 분석하였다. 측정 조건은 질소 분위기하에서 측정하였으며, 600℃까지 10℃/min 승온 조건으로 측정하였다.
순수한 PET사와 m-aramid 처리된 PET사 및 염소화 시킨 m-aramid 처리된 PET사의 표면상에 특징적인 관능기 관찰로부터 PET사의 코팅과 염소화 여부를 확인하였다. Attenuated total reflection(ATR)이 장착된 적외선 분광 분석기(Spectrum 100, PerkinelmerCo.
접착고분자가 코팅된 PET사에 m-aramid dope(Huvis,Korea)을 도포하여 코팅하였다.습식방사기를 이용하여 접착고분자 처리된 PET 코팅사를 m-aramid를 코팅 후 고체화시켰으며, 노즐크기 0.5mm, 권취 속도100m/min의 조건을 설정하였다. 접착고분자 및 maramid를 코팅한 polyester 원사는 700denier로 미처리 원사 대비 2.
작은 외력을 가한 후 접착고분자 사용 유무에 따른 이종 폴리머 간의 상분리 현상의 표면 정도를 관찰하기 위하여 주사전자현미경(S-3200N, Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하여 분석하였다. 분석 전 시료에 플라티늄으로 박막 코팅하였고, 1.
접착고분자/m-aramid 처리된 PET사의 항균성능내구성을 측정하기 위하여 세탁 견뢰도를 평가하였다. 세탁 견뢰도 시험으로는 KS K IOS 105-C01 : 2007의 시험방법을 이용하였다.
접착고분자가 코팅된 PET사에 m-aramid dope(Huvis,Korea)을 도포하여 코팅하였다.습식방사기를 이용하여 접착고분자 처리된 PET 코팅사를 m-aramid를 코팅 후 고체화시켰으며, 노즐크기 0.
접착고분자와 m-aramid/PET 코팅사의 단면을 관찰하기 위하여 광학현미경(MX51-N633MU, Olympus, Korea)을 사용하였다. 순수한 PET사, 접착고분자 처리된 PET 코팅사 및 접착고분자/m-aramid 처리된 PET 코팅사 측정 시 100배의 배율로 관측하였다.

대상 데이터

AATCC 표준세제 WOB(without optical brightener) 이용하여 5g/L로 세제 수용액을 제조하였다. 이렇게 제조한 비누액은 액비 50:1로 실린더에 넣어 온도(40±2℃)에서 회전수(40±2)min^-1으로 30분간 세탁 처리하였다.
시중에서 판매되고 있는 4% sodium hypochlorite(NaOCl) solution을 증류수와 각각 15:85의 비율로 희석하여 사용하였다. 희석된 용액에 acetic acid(CH₃COOH, Duksan Pure Chemical, Korea)를 이용하여 pH 7.
항균성 테스트에 사용된 균주는 Gram-negative bacteria으로는 Escherichia coli O157:H7(ATCC43895)와 Gram-positive bacteria인 Staphylococcus aureus MRSA(ATCC BAA-1707)를 사용하였으며, 균들을 각각의 균 증식에 Luria-Berani(LB;ATCC bioscience, NJ, USA), Nutrient Broth(NB;ATCC Medium, Sigma-Aldrich, USA),Agar(Difco)배지를 사용하였다. 동결 보존된 균을 액체배지에 넣어 37℃, 24h 인큐베이터에서 활성화시킨 후 시료에 1mL 접종 하였다.

이론/모형

접착고분자/m-aramid 처리된 PET사의 항균성능내구성을 측정하기 위하여 세탁 견뢰도를 평가하였다. 세탁 견뢰도 시험으로는 KS K IOS 105-C01 : 2007의 시험방법을 이용하였다. 이 방법은 유리 또는 스테인리스로 제작된 지름(75±5)mm,높이(125±10)mm,용량(550±50)mL인 실린더를 사용하여 실시하였다.
순수한 PET사, 접착고분자 처리된 PET 코팅사 및 접착고분자/m-aramid 처리된 PET 코팅사의 역학적 성질을 측정하기 위하여 KS K 0412:2015 시험방법을 이용하여 평가하였다. 강력테스트 시험기(OTTSeries, Oriental, Korea)를 이용한 방법으로, 항온항습(20 ± 1℃, 65 ± 2% RH) 조건에서 정속 인장식기준으로 클램프 사이 파지거리가 20mm, 신장속도 200mm/min의 조건으로 측정하였다.
접착고분자/m-aramid 처리된 PET 코팅사의 항균 활성 측정을 위하여 정량시험법인 AATCC Test Method 100(Contact assay in liquid)을이용하였다.

성능/효과

1. 권취 속도가 일정수준까지 증가함에 따라 코팅층의 두께가 감소하고 균일하게 코팅되며, 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사가 미처리 PET사 대비 2.8배 정도 굵기가 증가하는 것을 알 수 있었다.
2. SEM 표면 분석을 통하여 일정 수준의 파지압력에도 접착고분자를 선처리한 PET사와 m-aramid간의 계면 접착력이 발현됨을 확인하였다.
3. 미처리한 PET사에 비해 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사의 내열특성은 15% 가량 소폭 증가함을 보였다. 균수 감소법을 활용하여 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사의 항균특성을 확인한 결과 미처리한 PET사 대비 접착고분자 및 m-aramid 처리된 PET사에서 모든 균들이 사멸하였고 상대적으로 향상된 항균특성을 보임을 알 수 있었다,
Figure 1(a)의 경우 winding속도가 70m/min의 비교적 느린 사속으로 접착고분자가 PET사 표면에 고르게 코팅되지 못하여 상대적으로 매끄럽지 못한 표면을 가졌다. Winding 속도가 증가할수록 PET사의 코팅되는 접착고분자 층이 비교적 매끄러운 표면을 가지는 것을 알 수 있었다. 300m/min의 winding 속도로 처리된 PET사의 경우 두께 및 표면의 정도가 비교적 고른 형상을 보이는 것을 확인하였다.
결과적으로 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사가 상대적으로 우수한 항균성능이 발현됨을 확인 하였다.
미처리한 PET사에 비해 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사의 내열특성은 15% 가량 소폭 증가함을 보였다. 균수 감소법을 활용하여 접착고분자 및 m-aramid를 처리한 PET사의 항균특성을 확인한 결과 미처리한 PET사 대비 접착고분자 및 m-aramid 처리된 PET사에서 모든 균들이 사멸하였고 상대적으로 향상된 항균특성을 보임을 알 수 있었다,
m-Aramid 단독 처리한 PET사(Figure 2(b))는 m-aramid 코팅층이 PET사로부터 분리되었다. 그에 비해 접착고분자가 선처리된 PET사의 경우 maramid 코팅층이 부착 및 유지됨을 확인 하였으며, 이는 접착고분자의 사용이 서로 다른 고분자인 PET사와 m-aramid 계면 간의 접착에 직접적으로 기여한 것으로 여겨진다.
미처리 PET사에 비해 접착고분자만 처리된 PET사의 경우 미처리 PET사 대비 2.6%, 접착고분자 및 maramid 코팅 처리한 PET사의 경우 미처리 PET사 대비 11.7% 정도의 인장강도가 증가한 것을 알 수 있었다.
기능성 섬유의 우수한 성능이 지속적으로 발현되기 위해서는 안정된 내구성에 대한 요구가 필수적이다. 염소화를 시킨 접착고분자/m-aramid를 처리한 PET사에 총 5회의 세탁 과정 후 동일한 조건으로 항균테스트를 진행하였으며, 모든 균들이 불활성을 보이는 것으로 확인 되었다.
순수한 maramid의 경우 435℃의 IDT를 가지는데, 선행된 연구를 보면 m-aramid가 상대적으로 열적 특성이 낮은 물질이 부착될 경우 m-aramid의 열적특성이 소폭 감소되나 그 정도가 미약한 수준이었다²⁵⁾. 이를 미루어보아 상대적으로 높은 열적 안정성을 가지는 maramid가 비교적 낮은 열적 안정성을 가지는 PET사에 코팅되어 결과적으로 미처리 PET사 대비 maramid 코팅된 PET사의 열적 특성이 증가된 것으로 추정된다.

후속연구

이를 토대로 내열특성 및 항균성능 발현이 가능한 복합 기능성 섬유의 제조가 가능할 것이며, 산업용 섬유 및 비의류 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 적용 가능할 것으로 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PET의 특징은?	일반적으로 PET 섬유는 가볍고, 고성능 및 저비용성으로 인해 의류 및 비의류 용도로 섬유시장에서 높은 시장점유율을 차지해왔다4,5). PET는 기계적, 화학적 및 염색성이 우수하지만 열에 노출되면 쉽게 타며 dripping effect로 인해 위험한 물질을 만들어낸다6). PET의 향상된 기능적 특성은 광범위한 산업분야에서 필수적이다7).
	섬유 소재의 장점은?	섬유 소재는 다른 소재와 비교해서 강도, 경도, 연성, 유연성 및 복원성과 같은 우수한 장점을 가지고 있어 다양한 용도 조건에 쉽게 적용이 가능한 특성으로 섬유 응용 분야에서 성장하고 있다1,2). 최근 섬유 산업은 고성능 섬유 및 원사를 중심으로 고부가가치 분야에서 상당한 진보를 이루었다3).
	가공기술에 대한 연구가 여전히 시급한 과제로 간주되고 있는 이유는?	PET는 기계적, 화학적 및 염색성이 우수하지만 열에 노출되면 쉽게 타며 dripping effect로 인해 위험한 물질을 만들어낸다6). PET의 향상된 기능적 특성은 광범위한 산업분야에서 필수적이다7). 많은 과학자들과 엔지니어들은 PET filament의 기계적 성질에 대한 지속적인 개선을 위한 연구를 해왔다. 지금까지 대부분의 산업적인 접근법은 기존 스핀들 기술의 개선 및 향상을 중심으로 이루어져 왔으나, 이러한 제품의 기계적 특성은 한계에 도달한 것으로 보인다. 그러므로 가공기술에 대한 연구는 산업 및 학계에서 여전히 중요하고 시급한 과제로 간주되고 있다8).

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저자의 다른 논문 :

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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