[논문]바인더 단량체 조성 변화에 따른 안료 잉크의 마찰견뢰도 연구

한민우; 권웅; 정의경; 배진석

doi:10.5764/tcf.2019.31.2.77

바인더 단량체 조성 변화에 따른 안료 잉크의 마찰견뢰도 연구
Investigation on Rubbing Fastness of Pigment Ink with Polymer Binders having Various Comonomer Compositions 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.31 no.2, 2019년, pp.77 - 87

한민우 (경북대학교 섬유시스템공학과) , 권웅 (경북대학교 섬유시스템공학과) , 정의경 (경북대학교 섬유시스템공학과) , 배진석 (경북대학교 섬유시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To improve rubbing fastness of the printed fabrics, the binder polymers for Digital Textile Printing(DTP) pigment inks were synthesized with miniemulsion polymerization using various acrylic monomers, which are MMA(Methyl methacrylate), BA(Butyl acrylate), and Self-crosslinking monomers, such as NEA(N-Ethylol acrylamide) and MAA (Methacrylic acid). The acrylic monomer compositions were varied when synthesizing the binder polymers and their particle size distributions, average molecular weights, and Tgs were investigated. The prepared binder polymers were applied to prepare Cyan, Black, Yellow and Magenta pigment ink for DTP and the prepared inks were used to dye cotton fabrics. Then, color strength, and rubbing fastness were also investigated to study the effect of the comonomer compositions of the binder polymer on the color strength and rubbing fastness of the resulting pigment inks.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Chemical structures of the pigment used in this study; (a) Cyan (CI Pigment Blue15:3), (b) Black (CI Pigment Black 7), (c) Yellow (CI Pigment Yellow 155), (d) Magenta (CI Pigment Red 122).
표 Table 1. Monomer compositions to prepare the binder polymers in this study
그림 Figure 2. Effect of the monomer compositions on the particle size distribution of the miniemulsion polymerized binders; (a) MMA:BA = 4:16, (b) MMA:BA:MAA:NEA = 3.9:15.6:0.25:0.25, (c) MMA:BA:MAA = 3.9:15.6:0.5, (d) MMA:BA:NEA = 3.9:15.6:0.5, (e) MMA:BA:MAA:NEA = 2.5:17:0.25:0.25, (f) MMA:BA:MAA = 2.5:17:0.5, (g) MMA:BA:NEA = 2.5:17:0.5.
표 Table 2. The glass transition temperatures of the binders with various monomer compositions
표 Table 3. The molecular weights of the binders with various monomer compositions
그림 Figure 3. Color strength of the dyed cotton fabrics using the binders with various monomer compositions; (a) Cyan color, (b) Black color, (c) Yellow color, (d) Magenta color.
표 Table 4. Rubbing fastness of the Cyan color dyed cotton fabrics with the binders with various monomer compositions
표 Table 5. Rubbing fastness of the Black color dyed cotton fabrics with the binders with various monomer compositions
표 Table 6. Rubbing fastness of the Yellow color dyed cotton fabrics with the binders with various monomer compositions
표 Table 7. Rubbing fastness of the Magenta color dyed cotton fabrics with the binders with various monomer compositions

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 선행 연구에서 Cyan 잉크에만 적용되었던 MMA:BA:MAA:NEA 바인더를 Magenta, Yellow, Black등의 기본 4색 안료 잉크(Figure 1)에 적용하여 마찰견뢰도의 변화를 조사하였다. 또한 Self-crosslinking 단량체인 MAA, NEA를 MMA와 BA에 공단량체로 적용하여 다양한 단량체 조성의 3원 또는 4원 공중합체로 합성하고 합성한 바인더의 기초 물성과 합성 바인더 적용 안료잉크의 면직물에 대한 마찰견뢰도를 평가하여 선행 연구보다 향상된 마찰견뢰도를 얻고자 하였다.

제안 방법

DTP용 안료 잉크의 바인더를 MMA, BA, MAA, NEA의 공중합체 조성을 달리하여 미니 유화 중합법으로 합성하고 합성된 바인더의 입자크기, 유리전이온도, 분자량 등을 분석하였다. 또한, 공중합체 조성을 달리하여 합성한 바인더를 Cyan, Black, Yellow, Magenta 안료 잉크에 적용하여 면직물을 염색하고 그 발색성과 견뢰도를 고찰하였다.
DTP용 안료 잉크의 바인더를 MMA, BA, MAA, NEA의 공중합체 조성을 달리하여 미니 유화 중합법으로 합성하고 합성된 바인더의 입자크기, 유리전이온도, 분자량 등을 분석하였다. 또한, 공중합체 조성을 달리하여 합성한 바인더를 Cyan, Black, Yellow, Magenta 안료 잉크에 적용하여 면직물을 염색하고 그 발색성과 견뢰도를 고찰하였다. MMA:BA:MAA:NEA 질량비가 2.

대상 데이터

본 연구에서는 아크릴계 단량체인 MMA(Methyl methacrylate, DUKSAN, Korea)와BA(Butylacrylate, Daejung Chem., Korea), MAA(Methacrylic acid, Daejung Chem., Korea), NEA(N-Ethylol acrylamide, Sigma Aldrich, USA)를 중합금지제를 제거 한 후 사용하였고,비이온 계면활성제(Sodium DodecylSulfate, DUKSAN, Korea)를 사용하였다. HD(n-Hexadecane, Alfa Aesar, UK)을 공안정제로 사용하였고, 개시제로는 KPS(Potassium persulfate, Daejung Chem.

이론/모형

Cyan, Black, Yellow, Magenta 안료잉크 및 바인더가 적용된 면직물의 마찰견뢰도를 KS K ISO 105-X12 : 2016(크로크미터법)를 이용하여 평가하였다.

성능/효과

또한, 공중합체 조성을 달리하여 합성한 바인더를 Cyan, Black, Yellow, Magenta 안료 잉크에 적용하여 면직물을 염색하고 그 발색성과 견뢰도를 고찰하였다. MMA:BA:MAA:NEA 질량비가 2.5:17:0.25:0.25인 바인더 고분자는 유리전이온도가 가장 낮아 프린팅 시 촉감 저하가 가장 적을 것으로 기대되었고 마찰견뢰도가 색상에 상관 없이 향상되어 안료 잉크용 바인더로의 활용 가능성이 가장 높을 것으로 기대되었다. 또한, Self-crosslinking 단량체인 MAA와 NEA를 동시에 적용하여 바인더를 합성하면 MMA와 BA에 MAA 또는 NEA Selfcrosslinking 단량체를 하나만 적용한 것보다 높은 마찰견뢰도를 나타내는 것으로 보아 MAA와 NEA가 동시에 적용된 바인더 구조의 심화 연구가 필요할 것으로 사료된다.
따라서 본 연구에서 실험한 공중합체 조성비에서는 MMA:BA:MAA:NEA 질량비가 2.5:17:0.25:0.25 가 되도록 합성한 바인더가 잉크의 색상에 상관없이 가장 향상된 마찰견뢰도를 나타내었으며, 각 색상별 마찰 견뢰도 등급은 Yellow, Cyan, Magenta, Black 잉크 순으로 우수하였다. 이러한 잉크의 색상별로 마찰견뢰도 차이가 나타나는 이유는 안료의 화학구조 때문인 것으로 판단된다.

후속연구

25인 바인더 고분자는 유리전이온도가 가장 낮아 프린팅 시 촉감 저하가 가장 적을 것으로 기대되었고 마찰견뢰도가 색상에 상관 없이 향상되어 안료 잉크용 바인더로의 활용 가능성이 가장 높을 것으로 기대되었다. 또한, Self-crosslinking 단량체인 MAA와 NEA를 동시에 적용하여 바인더를 합성하면 MMA와 BA에 MAA 또는 NEA Selfcrosslinking 단량체를 하나만 적용한 것보다 높은 마찰견뢰도를 나타내는 것으로 보아 MAA와 NEA가 동시에 적용된 바인더 구조의 심화 연구가 필요할 것으로 사료된다. 그러므로 본 연구에서 제시된 바인더를 실제 잉크로 제조하고 프린팅하는 연구도 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	안료잉크의 바인더에 적용되는 단량체의 종류에는 어떤 것들이 있는가?	안료잉크의 바인더에 적용되는 단량체로는 부타디엔, 비닐 아세테이트, 스티렌, 아크릴계 및 우레탄계화합물 등이 있다4-6) . 일반적으로 아크릴계 단량체를 많이 사용하고, 경도와 유연성을 모두 부여하기 위하여 높은 유리전이온도를 가지는 메틸 메타크릴레이트(MMA)와 낮은 유리전이온도를 가지는 부틸 아크릴레이트(BA)를 랜덤 공중합하여 합성한다7) .
	DTP란 무엇인가?	Digital Textile Printing(DTP)은 효율적으로 다 품종 소량생산이 가능하고 그에 따라 빠른 시장 변화에 민첩하게 대응하게 할 수 있는 장점을 가지고 있는 염색 방법이다1,2) . DTP에는 안료 잉크와 염료 잉크가 사 용되는데 안료 잉크는 다양한 직물에 적용 가능하고, 섬유에 염색 후 특별한 수세 공정 없이 건조 공정 및 열처리 공정을 진행하여 폐수가 발생하지 않아 환경친화적인 장점을 가지고 있다2) .
	NMA를 공단량체로 사용한 바인더의 문제점을 해결하기 위한 방안에는 어떤것이 있는가?	하지만 NMA를 공단량체로 사용하여 합성된 바인더는 유독성 물질인 포름 알데하이드를 방출하는 단점이 있었다. 이를 보완하고자 Selfcrosslinking 단량체인 NMA 대신에 N-에틸올 아크릴아마이드(NEA)를 공단량체로 사용하여 MMA:BA: MAA:NEA의 4원 공중합체 바인더를 합성하여 마찰 견뢰도 및 기초 물성에 대해 비교한 연구 결과가 보고 된 바 있다11) . NEA가 NMA 대신 첨가되면서 기존의 MMA:BA나 MMA:BA:MAA:NMA 바인더보다 낮은 Tg와 높은 마찰견뢰도를 나타내었으며 포름 알데하이드 방출 문제가 해결된 것으로 보고 되었다11).

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