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3 28(2), June 2016 pissn eissn X Contents Anthraquinone을 포함하는 신규 Phthaloperinone 색소의 합성과 특성에 대한 연구 57 Kun Jun, Seon Yeong Gwon, Yu Jin Kim and Sung Hoon Kim 전근, 권선영, 김유진, 김성훈 자외선/오존 조사에 의한 Poly(butylene terephthalate) 필름의 표면 광산화 이승영, 설인환, 이재웅 공기분사 전기방적 기술(Cyclone)을 이용한 Wool/Polyester 혼섬사 소재의 물성 및 염색성 이종관, 고재훈 Characteristics Analysis of Nano-composites Films Using Extruder Il-Jun Kwon, Sung-Min Park, Sung-Hun Yoo and JeongHyun Yeum 109 배정숙, 허만우 아연 매염제를 이용한 뽕잎, 커피 천연염재의 염색특성 Effect of Coated Polypyrrole Content on the Properties of Polypyrrole Coated Fabrics Seong-Ho Son, Young-Hee Lee, Dong-Jin Lee, Sung Yeol Kim and Han-Do Kim 권일준, 박성민, 유성훈, 염정현 감즙 염색에 의한 합성직물의 역학적 특성 Physical Properties and Dyeability of Wool/Polyester Spun Blend Yarn and Its Fabrics Using Air Blowing and Electrostatic Spinning Technology(Cyclone) Mikyung Kim, Dongkwon Kim, Jaeseok Jeong and Bongsik Jang 손성호, 이영희, 이동진, 김성열, 김한도 압출성형기를 이용한 나노복합재 필름의 특성 분석 Attachment of Silver Nanoparticles to the Wool Fiber Using Glycidyltrimethylammonium Chloride (GTAC) Seungyoung Lee, In Hwan Sul and Jaewoong Lee 김미경, 김동권, 정재석, 장봉식 폴리피롤 코팅 직물의 성질에 미치는 폴리피롤 함량의 영향 Surface Photooxidation of Poly(butylene terephthalate) Films by UV/Ozone Irradiation Jin-Woo Joo and Jinho Jang 주진우, 장진호 Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC)를 이용한 양모 섬유 표면의 Silver Nanoparticle 부착 Synthesis and Properties of New Phthaloperinone Dyes containing Anthraquinone Moiety Mechanical Properties of Synthetic Fabrics Dyed with Persimmon juice Jung-Sook Bae and Man-Woo Huh 118 The Characteristic of Natural Dyeing with Mulberry Leaf and Coffee Powder using Zinc Mordant Jonggwan Lee and Jaehoon Ko

4 28(2), June 2016 pissn eissn X Keyword Index 1,2-diaminoanthraquinone 57 extruder 1,8-naphthalic anhydride 57 hydrophilicity air blowing 77 Kawabata evaluation system 109 polypyrrole antibacterial 70 LCD color filter primary hand value cationic dye 63 mechanical properties 109 quaternary ammonium salt 70 coating 92 melt mixing method 101 sheet resistance 92 coffee 118 mordant dyeing 118 silver nanoparticles sirofil Poly(butylene terephthalate) polypropylene conducting polymer 92 mulberry leaf cyclone 77 multiwalled carbon nanotube 101 spun blend yarn 77 dyeability 63 nanocomposites films 101 synthetic fabrics 109 dyeing 77 natural dyes 118 textile substrate 92 dyes 57 TGA analysis 57 electrostatic spinning 77 Pariser-Parr-Pople Molecular Orbital Method(PPP-MO) UV irradiation 63 environment impact 118 persimmon juice 109 wool fiber phthaloperinone 57 epoxy ring 57 zinc mordant 118 Author Index Bongsik Jang 77 Jeong-Hyun Yeum Seong-Ho Son 92 Dong-Jin Lee 92 Jinho Jang 63 Seungyoung Lee 70 Dongkwon Kim 77 Jin-Woo Joo 63 Sung Hoon Kim 57 Han-Do Kim 92 Jonggwan Lee 118 Sung Yeol Kim 92 Il-Jun Kwon 101 Jung-Sook Bae 109 Sung-Hun Yoo 101 In Hwan Sul Sung-Min Park 101 Jaehoon Ko 118 Man-Woo Huh 109 Young-Hee Lee 92 Jaeseok Jeong 77 Mikyung Kim 77 Yu Jin Kim 57 Jaewoong Lee 70 Seon Yeong Gwon 57 Kun Jun 101

5 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술 ) Anthraquinone 을포함하는신규 Phthaloperinone 색소의합성과특성에대한연구 Synthesis and Properties of New Phthaloperinone Dyes containing Anthraquinone Moiety *Corresponding author Sung Hoon Kim shokim@knu.ac.kr 전근, 권선영 1, 김유진 1, 김성훈 1 * 한국화학연구원그린화학공정연구본부, 1 경북대학교섬유시스템공학과 Kun Jun, Seon Yeong Gwon 1, Yu Jin Kim 1 and Sung Hoon Kim 1 * Division of Green Chemistry and Engineering Research, Korea Research Institute of Chemical Technology, Daejeon, Korea 1 Department of Textile System Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea Received_March 07, 2016 Revised_April 01, 2016 Accepted_April 08, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/57-62 c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract We have synthesized five novel phthaloperinone dyes via a condensation reaction to be applied as yellow colorants for liquid crystal display(lcd) color filters. The reaction between 1,8-naphthalic anhydride(1a), 4-chloro-1,8-naphthalic anhydride(1b), 4-bromo-1,8-naphthalic anhydride(1c), 3-nitro-1,8-naphthalic anhydride(1d), 4-nitro- 1,8-naphthalic anhydride(1e) and 1,2-diaminoanthraquinone(2) proceeded readily giving a product in 72-88% yields. The synthesized dyes were characterized by UV-Vis, mass spectrometry and elemental analysis. The spectral properties and thermal stability of the dyes were examined. The dyes absorb at around nm. All five dyes showed satisfactory thermal stability: the dyes retain % of its original weight at 300, % at 350, 92-98% at 400, and 84-92% at 450. We have quantitatively evaluated the reaction mechanism and reactivity of dye molecules by means of Pariser- Parr-Pople Molecular Orbital Method(PPP-MO). Keywords phthaloperinone, dyes, 1,8-naphthalic anhydride, 1,2-diaminoanthraquinone, TGA analysis, LCD color filter, Pariser-Parr-Pople Molecular Orbital Method(PPP-MO) 1. 서론 Perinone 계색소는 1924 년 Hoechst AG사의 Eckert와 Greune 에의해최초로개발되어황색-적색계 Vat 염료로사용되었다. Perylene 계화합물과마찬가지로 Perinone 계안료도 anhydride 와 diamine 유도체의반응으로부터얻어진다 1). Bistrzycki 와 Risi 는 1,8-naphthalic anhydride 와 o-phenylenediamine 의축합반응으로부터 perinone 유도체인 1,8- naphthoylene-1'2'-benzimidazole 을합성하였다 2). Naphthalenetetracarboxylic acid 와 o-phenylenediamine 의반응으로부터 cis 체와 trans 체가얻어지지만개발당시에는두이성체를분리할수있는기술이개발되어있지않았으므로 cis체와 trans 체의혼합물을면섬유용 Vat 염료로사용했으며 1950 년이후안료로사용되기시작했다 3-8). Cis체는 Pigment Red 194(C.I ) 로 bluish red계색상을나타내며 trans 체는 Pigment Orange 43(C.I ) 로 reddish orange 색상을나타낸다. 또한 cis와 trans 의혼합체는 Vat Red 14로알려져있다 (Figure 1). Perinone 유도체는내열성형광재료로도사용되고 57

6 58 전근 권선영 김유진 김성훈 Figure 1. Synthesis of Pigment Red 194 and Pigment Orange 43. 있으며이들의형광성을이용한 EL(Electro-luminescence) 소자가개발된적도있다. 한편 LCD(Liquid Crystal Display) 화면의색구성은백라이트에서나온백색광이액정을통과하면서투과율이조절되고 RGB 의컬러필터를투과해나오는빛의혼색을통하여이루어진다. 안료분산액에사용되는안료는내광성, 내열성의 RGB안료들이사용되고있으며색보정을위해서 isoindoline, quinophthalone 계등의황색 (Y) 계열의안료가사용되고있다 9-11). 이와관련하여컬러필터용 phthaloperinone 계황색안료에관해연구된바가있다 12). 본연구에서는 anthraquinone 골격을가지는신규 phthaloperinone 색소를합성하여이들의광학특성및내열성에관해검토했다. 또한 Pariser-Parr-Pople Molecular Orbital Method(PPP-MO) 을이용하여치환기에따른반응성에관해서도검토했다. 2. 실험 2.1 시약 Phthaloperinone 계색소의합성에사용된 1,8-naphthalicanhydride 유도체및 1,2-diaminoanthraquinone 는 Sigma-Aldrich 에서구매하였으며그외의시약들은정제하지않고 1급시약을그대로사용하였다. 2.2 Phthaloperinone 색소의합성 1,8-Naphthalic anhydride 1a(0.20g, 0.001mol) 와 Table 1. Properties of dye a-e Dye Yield (%) Mass (M + ) Mol. formula a C26H12N2O3 b C26H11ClN2O3 c C26H11BrN2O3 d C26H11N3O5 e C26H11N3O5 Calcd. C: H: 3.02 N: 7.00 C: H: 2.55 N: 6.44 C: H: 2.31 N: 5.84 C: H: 2.49 N: 9.43 C: H: 2.49 N: 9.43 Analysis Found C: H: 2.87 N: 7.29 C: H: 2.51 N: 6.74 C: H: 2.27 N: 6.20 C: H: 2.47 N: 9.45 C: H: 2.48 N: 9.34 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

7 Anthraquinone 을포함하는신규 Phthaloperinone 색소의합성과특성에대한연구 59 Figure 2. Synthesis of phthaloperinone dyes a-e containing anthraquinone. 1,2-diaminoanthraquinone2(0.24g, 0.001mol) 을둥근플라스크에빙초산 (20ml) 와함께투입하였다. 질소기류하에서 4시간환류하여가열축합후석출한황색결정을얻었다. 동일한합성방법에의해색소 a,b,c,d,e( 이하 a-e) 를얻을수있었다. 2.3 색소의분석및내열성측정신규합성된 phthaloperinone 계색소들의구조확인을위해서는원소분석 (Carlo Elba Model 1106 analyzer) 과질량분석 (JEOL MStation JMS-700) 이이용되었다. 또한내열성확인을위해서는 TGA(TA 4000 Auto DSC 2910), 분광흡수스펙트럼분석을위해서는 UV-Vis spectrophotometer(agilent 8453 spectrophotometer) 가사용되었다. 치환기에따른 1,8-naphthalic anhydride 의반응성을검토하기위해서는 PPP-MO 분자궤도법을사용하였다. 합성한색소는모두 70% 이상의수율로얻을수있었으며질량분석과원소분석결과로부터이들은 Figure 1 에나타낸바와같은구조를가지고있다는것을관찰할수있었다. Anthraquinone 골격이포함된 Phthaloperinone 계색소의합성에는여과, 건조와같은간단한합성법이사용되며정제를하지않아도고순도의색소를얻을수있다. 합성된색소들은유기용매에대한용해도가낮으므로몰흡광계수를측정할수는없으나 DMF에극소량녹인후흡수스펙트럼을측정했다. 색소 a-e의흡수스펙트라를 Figure 3에나타냈다. 색소 a는 406, 425(s)nm, 색소 b는 410, 427(s)nm, 색소 c는 411, 427(s)nm, 색소 d는 407, 425(s)nm, 3. 결과및고찰 1,8-Naphthalic anhydride(1a), 4-chloro-1,8- naphthalic anhydride(1b), 4-bromo-1,8-naphthalic anhydride(1c), 3-nitro-1,8-naphthalicanhydride(1d), 4-nitro-1,8-naphthalicanhydride(1e) 와 1,2-diaminoanthraquinone2 와의가열축합반응에의해색소 a-e를얻을수있으며이들의구조및분석결과를 Figure 2와 Table 1에나타냈다. Figure 3. Absorption spectra of dye a-e in DMF. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

8 60 전근 권선영 김유진 김성훈 (dye a) (dye b) (dye c) (dye d) (dye e) Figure 4. TGA analysis of dye a-e. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

9 Anthraquinone 을포함하는신규 Phthaloperinone 색소의합성과특성에대한연구 61 색소 e는 409, 426(s)nm 에흡수를나타냈다. Naphthalene 환의치환기에따른흡수스펙트럼의변화는거의나타나지않았으며모두밝은 yellow 의색상을나타냈다. 특히흡수대의우측부분은 450nm 부근에걸쳐있으므로컬러필터용 yellow 색재로서의응용이기대된다. TGA 분석으로부터합성된색소들의내열성을조사하였다 (Figure 4). 합성된색소 a-e는모두 400 이상에서도내열성을가지고있었다. 온도증가에따른색소의내열성을조사하기위해 300, 350, 400, 450 에서의중량감소율을측정했다 (Table 2). 합성된색소 a-e는 400 에서 10% 미만의중량감소를나타냈으며 400 이상에서도약 10-15% 정도의중량감소만을나타냈다. 일반적으로 Cl, Br과같은할로겐원자의도입으로내열성색소를얻을수있다고알려져있으나색소 b와 c에있어서는 Cl과 Br의도입에의해내열성의증가는크게나타나지않았다. 유기색소의구조최적화, 분자궤도의에너지준위, 천이모멘트, 기저상태와천이상태의전자밀도, 결합길이, 결합각등을계산하는방법에는여러가지방법이제안되어있으나짧은시간내에가장간단히계산할수있는방법은 Pariser-Parr-Pople Molecular Orbital Method(PPP-MO) 라할수있다 13-16). 이방법은전자간의상호작용이고려된 π 전자계산법이며이방법을제안한 Pariser, Parr, Pople 의이름을따서 PPP-MO 법으로알려져있으며소프트웨어의구입도가능하기때문에색소와같은 π전자계의계산에광범위하게사용되고있다. 본연구에서는 π-system package 를사용하여 perinone 계합성에관한반응성을예측했다. Perinone 환을형성하기위해서는먼저 diamine 중한개 Figure 5. π-electron density of HOMO of 1,2-diaminoanthraquinone. 의아미노기에의한친핵반응으로부터개시된다. Peridiamine 으로사용한 1,2-diaminoanthraquinone 에는두개의아미노기가존재하므로어느것이반응의첫단계에참여하는가의의해형성되는색소의구조가결정된다. 합성된색소 a-e는유기용매에대한용해도가낮기때문에 NMR등에의한구조해석이불가능하다. 따라서반응의진행과정을예측한후구조를결정해야만한다. 친핵반응의경우에는친핵체의 HOMO(Hight Occupied Molecular Orbital) 중전자밀도가가장높은부분이방향족화합물의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 중전자밀도가가장낮은부분을공격함으로서반응이시작된다. Figure 5에 1,2-diaminoanthraquinone 의 HOMO 상태의전자밀도를나타냈다. 1위치아미노기의 N(* 표시 ) 상의전자밀도는 이며 2위치의 N상의전자밀도는 이므로최초의반응에는전자밀도가높은 1위치 (*) 의아미노기가참여하게된다고생각된다. 그다음단계의반응에서는 anthraquinone 에치환된 1위치의 N(*) 가 1,8-naphthalic anhydride 의카르보닐탄소를공격함으로서반응이진행된다. Table 1에나타낸바와같이무치환, 또는 NO2, Br, Table 2. Heat stability of dye a-e Dye Weight loss(%)/temp( ) a b c d e Figure 6. π-electron density of LUMO of (a) 4- amino-1,8-naphthalic anhydride and (b) 4-nitro- 1,8-naphthalic anhydride. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

10 62 전근 권선영 김유진 김성훈 Cl등의전자흡인성치환기를가지는 1,8-naphthalic anhydride 유도체로부터합성된색소들은 70-78% 의수율로얻을수있다. 그러나 naphthalene 환의 4 위치에아미노기와같은전자공여성기가도입된경우에는 1,2-diaminoanthraquinone 과의반응은일어나지않았다. 이러한치환기에따른반응성의차이를설명하기위해서 4-nitro-1,8-naphthalic anhydride 와 4-amino-1,8-naphthalic anhydride 의 LUMO 중의전자밀도를계산했으며그결과 NO2체의카르보닐탄소 (*) 의전자밀도 (0.084) 가 NH2체 (0.486) 에비해낮다는것을관찰할수있었다 (Figure 6). 따라서 LUMO 상에있어서 4-amino-1,8-naphthalic anhydride 의높은전자밀도를가지는카르보닐탄소 (*) 와는반응이일어나기어렵다는것을관찰할수있었다. 이와같은결과로부터합성된색소 a-e는 Figure 1에나타낸것과같은구조를가진다고생각된다. 4. 결론 Anthraquinone 골격을가지는신규 Phthaloperinone 계색소를합성하여이들의색상, 흡수대및내열성에관해검토했다. 신규합성된색소들은유기용제에대한용해도가낮으며흡수스펙트럼은 nm 부근에나타났다. 흡수대의우측부가 450nm 부근에나타남으로액정표시장치의컬러필터용색소재료로서의응용이기대된다. TGA 열분석결과 400 이상에서도약 10-15% 정도의중량감소만을나타낸다는것을알수있었으므로고내열성황색안료로서의개발가능성도나타냈다. 1,8-Naphthalic anhydride 의 naphthalene 환의치환기에따른반응성의차이를규명하기위하여 PPP-MO 를사용하여 1,2-diaminoanthraquinone 의 HOMO와 1,8-naphthalic anhydride 유도체의 LUMO상의전자밀도를구했다. HOMO상의전자밀도가높은 anthraquinone 의 1위치아민기의공격으로부터반응이진행된다는것을알수있었으며, naphthalene 환에전자공여성치환기가도입된 4- amino-1,8-naphthalic anhydride 와는카르보닐탄소 (*) 의전자밀도가크기때문에반응이일어나기힘들다는것을관찰할수있었다. 감사의글 본연구는산업통상자원부산업기술혁신사업 ( 과제번호 : , 고색재현박막컬러필터용소재및제조공정기술개발 ) 의연구비지원으로수행되었습니다. References 1. W. Herbst and K. Hunger, Industrial Organic Pigment, Wiley-VCH, German, A. Bistrzycki and J. Risi, Uber die Einwirkung verschiedener Diamine auf Naphtalsaure-anhydride, Helv. Chim. Acta, 8, 810(1925). 3. E. Merian, Process for the Dyeing of Polyester Fibers, US Patent (1960). 4. D. Buffalo, Phthaloperinone Compounds, US Patent (1963). 5. S. Mitsutoshi, Photosensitive Member containing Phthaloperinone or Naphthalimede, US Patent (1991). 6. S. Ernest, Disperse Dyes of the Phthaloperinone Series, US Patent (1967). 7. P. Buecheler, Phthaloperinone Dyes and the Use Thereof for More Dyeing Plastics, US Patent A(1983). 8. W. D. Graham and H. H. Thomson, New Colouring Matters, US Patent A(1959). 9. R. W. Sabnis, Color Filter Technology for Liquid Crystal Display, Display, 20, 119(1999). 10. K. Tsudaya, Color Filters for LCDs, Display, 14, 115(1993). 11. P. Yeh and C. Gu, Optics of Liquid Crystal Displays, John Wiley and Son, NY, K. Jun, S. Y. Gwon, and S. H. Kim, Synthesis and Properties of New Phthaloperinone Dyes, Textile Coloration and Finishing, 27, 275(2015). 13. B. Delley, An All-electron Numerical Method for Solving the Local Density Functional for Polyatomic Polecules, J. Chem. Phys., 92(1), 508(1990). 14. B. Delley, From Molecules to Solids with the DMol3 Approach, J. Chem. Phys., 113(18), 7756(2000). 15. A. D. Boese and N. C. Handy, A New Parametrization of Exchange-Correlation Generalized Gradient Approximation Functionals, J. Chem. Phys., 114(13), 5497(2001). 16. K. Jun, S. Y. Gwon, and S. H. Kim, Relationship between the Molecular Structure and the Absorption Band Shape of Organic Dye, Textile Coloration and Finishing, 27, 270(2015). 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

11 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 학술 ) 자외선 / 오존조사에의한 Poly(butylene terephthalate) 필름의표면광산화 Surface Photooxidation of Poly(butylene terephthalate) Films by UV/Ozone Irradiation *Corresponding author Jinho Jang jh.jang@kumoh.ac.kr 주진우, 장진호 * 금오공과대학교소재디자인공학과 Jin-Woo Joo and Jinho Jang* Department of Materials Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea Received_April 22, 2016 Revised_May 26, 2016 Accepted_June 03, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/63-69 c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Poly(butylene terephthalate)(pbt) surface was modified by UV/ozone irradiation and the effect of UV energy on the surface properties of the irradiated PBT films were characterized by the reflectance, surface roughness, contact angles, ESCA, and ATR analyses of the film surface. The surface reflectance, at the short wavelength of visible spectrum of particularly 400nm, decreased with increasing UV energy. And the irradiation roughened the film surface uniformly in the nano scale. The maximum surface roughness increased from 110nm for the unirradiated sample to 303nm at the UV energy of 10.6J/cm². The surface energy of PBT film increased from 50.5mJ/m² for the unirradiated PBT to 58.8mJ/m² at the irradiation of 21.2J/cm². The improvement in hydrophilicity was caused by the introduction of polar groups containing oxygens such as C-O and C=O bonds resulting in higher O1s/C1s. The increased dyeability of the modified film to cationic dyes may be resulted from the photochemically introduced anionic and dipolar dyeing sites on the PBT films surfaces. Keywords Poly(butylene terephthalate), UV irradiation, hydrophilicity, dyeability, cationic dye 1. 서론 Poly(1,4-butylene terephthalate)(pbt) 는 DMT (dimethyl terephthalate) 와 1,4-butanediol 의에스테르교환반응을통해서생성되는열가소성폴리에스테르로서 (Scheme 1), 기계및전기적특성의균형이우수하여커넥터와같은자동차부품에널리사용하고있다 1, 2). PBT는융점은 227 로 PET보다낮으나상온에서의강인성은유사하며뛰어난내피로성과우수한내열성을갖는다. 또한자기윤활성이있으며특히전기절연특성이뛰어나고내후성이좋아전기공구, 커넥터, 스위치등절연성을이용한제품에도응용되고있다. 또한 PBT는내약품성이우수하고치수안정성, 내마모성, 탄성회복력등기계적특성이우수한장점을가지고있어칫솔모또는카페트에도응용되고있다 3). 폴리에스테르계고분자의표면개질은코팅, 첨가제흡착, 알칼리나아민의가수분해, 그라프팅등전통적인습식개질법을비롯하여, 플라즈마, 코로나방전, 자외선처리등의건식개질법도있다. 오존을포함한자외선조사처리는플라즈마처리와는달리진공이나밀폐, 기체농축등이필요없고입체형상도용이하게처리할수있고상대적으로처리비용이적어실용성이 63

12 64 주진우 장진호 우수하고기존습식공정대비친환경적인공정이라할수있다 4). 자외선 / 오존에의한표면처리는자외선자체와자외선조사에의해발생한오존이고분자표면에산화층을형성시킨다. 자외선조사에의해소수성고분자표면에산화층을형성함으로써친수성, 염색성, 접착성등을향상시킨연구에는메타아라미드 5), 초고분자량폴리에틸렌 6), poly(phenylene sulfide) 7), poly ketone 8), poly(butylene succinate) 9), poly(vinyl butyral) 10) 등에적용되었다. 또한 PEO 11), PPS 12), PLA 13), UHMWPE 14), PET 15) 등고분자의경우자외선조사에의한광가교를통해내열성과기계적물성을향상시키는연구가보고되었다. 다양한산업분야에서활발히이용되고있는자외선조사경화는자외선을이용하여광반응성조성물을중합및가교하는기술로서, 광개시제가자외선을흡수하여고반응성의활성종인이온이나라디컬을발생시켜광경화성단량체의이온중합이나라디컬중합및광가교화반응을유도하여내구성코팅막을도입할수있다 16). 또한 UV-C영역의자외선은고분자내부구조에큰영향을주지않으면서표면에존재하는유기물을광산화시킬수있다. PBT는 300nm 이상의자외선을조사하면에스테르결합의광분해 (Photolysis) 외에광산화에의한히드록시기와카보닐기등이새로형성되고투과깊이는 50μm에이른다고알려져있다 17). 광산화는산소와반응하여일산화탄소, 이산화탄소및과산화물이형성된다. PBT의광산화속도는 Poly amide 6나 PE에비해빠르고이는광분해반응에상대적으로취약한방향족에스테르결합에기인한다 18). 고온 (250 ) 의열이나자외선에의한 PBT 의산화는모두 α-수소의수소치환반응에생성된메틸렌 (methylene) 탄소라디칼이산소와반응하여과산화물 (peroxide) 을공통적으로형성하기때문이고, 고온열산화의경우이과산화물의분해로다양한산화물이생성되고광산화의경우탈이산화탄소반응에의한일부산화물형성은관찰되지않았다 2). 산소가부존재하는경우고온 (280 ) 조건이나광분해반 Scheme 1. Repeat unit of Poly(butylene terephthalate) 응 (Norrish II) 에의한 β 수소이동반응에의해산화반응이일어난다. 본연구에서는 PBT 필름에제작하고자외선 / 오존처리를통해광산화함으로써표면을개질하였다. 그리고자외선조사에너지에따라반사율, 표면원소조성, 접촉각, 표면에너지, 양이온염료에대한염색성등에대한영향을조사함으로써처리된필름의표면개질효과를분석하였다. 2. 실험 2.1 시료및시약실험에사용된 poly(1,4-butylene terephthalate) (PBT) pellet 은 Aldrich 에서구입하여사용하였다. PBT 를 240 에서용융압착시킨후급냉시켜두께 200μm 인필름을제조하여시료로사용하였다. 염색에는양이온염료인 Rifa cationic Blue FRL(C.I. Basic Blue 162) 를사용하였다. 2.2 PBT 필름의자외선조사처리자외선조사표면처리는 17.2mW/cm 2 의출력을가진자외선 / 오존조사기 (UVO-cleaner, Jelight) 를사용하였으며, 자외선램프는 UV-C 영역에주파장을지니는표면처리용수은램프를사용하였다. 조사시간을조절하여조사에너지를변화시켰다. 2.3 결정화도측정 PBT필름의결정화도를확인하기위해시차주사열량분석 (DSC)(Diamond DSC, Perkin-Elmer, US) 을수행하였다. 시차주사열량분석은질소분위기에서 40 에서 290 까지 20 /min 의속도로가열하였다. 시차주사열량분석결과로부터얻은용융엔탈피 ( Hm) 값을다음식 (1) 에대입하여결정화도를계산하였다. Xc = Hm 100 (1) Hm 0 where Xc : Degree of crystallinity Hm : Heat of fusion of a sample Hm 0 : Heat of fusion of the perfect PBT crystal (141J/g) 19) 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

13 자외선 / 오존조사에의한 Poly(butylene terephthalate) 필름의표면광산화 PBT 필름의표면분석가시광분광광도계 (Coloreye 3100, Gretag Macbeth) 를사용하여필름의반사율변화를살펴보았고, 자외선처리된필름의표면요철도를측정하기위해원자간력현미경 (XE-100, Park systems) 을사용하였다. FT-IR 분광분석기 (Tensor 27, Bruker, Germany) 로자외선처리에따른필름표면의작용기변화를조사하였으며, X선광전자분광분석기 (Quantera SXM, ULVAC-PHI, Japan) 를사용하여자외선처리된필름표면의원소조성비변화를관찰하였다. 2.5 접촉각측정및표면에너지계산필름의접촉각은 CCD(Charge-coupled device) camera 가부착된정적접촉각측정기 (Phoenix, Ahtech) 를이용하여 sessile drop method 으로측정하였다. 접촉각측정은증류수, diiodomethane 및 glycerin 의세가지액체를이용하여항온항습조건 (20, 65%RH) 에서각시편에대해 10회이상접촉각을측정한후그평균값을구하였으며, 이를이용하여처리된필름의표면에너지를구하였다. 표면에너지의계산은 van Oss 등이제안한다음식 (2) 을사용하였다. 3. 결과및고찰 3.1 UV/O3 처리된 PBT 필름의결정화도및표면분석미처리 PBT필름은급냉시켜제조되기때문에결정화도가매우낮았고자외선 / 오존처리에의한결정화도변화는거의없었다 (Table 1). 자외선 / 오존조사광산화는필름의내부보다는표면에만선택적으로처리되기때문에전체결정화도에미치는영향이거의없다. 시료의결정화도가낮으면자외선이더깊이침투할수있어처리효과가증가할것으로생각된다. Figure 1은자외선 / 오존처리된 PBT 필름의반사율에서미처리필름의반사율을차감한것이다. 자외선에너지가증가할수록필름의단파장영역의가시광선에대한반사율이낮아지는것을알수있고, 특히 400nm 파장에서의반사율감소가가장컸다. 이는자외선이나오존에의해 PBT 주쇄의공유결합이절단되고산화되어나노단위의거칠기를갖는광산화층을형성했기때문으로판단된다. Figure 2는개질된 PBT필름표면의표면요철생성여부를확인하기위해 AFM을통해나노요철의분포와거칠기를측정한결과이다. 자외선조사에너지가증 (2) where : Total surface energy : Lifshitz van der Waals component : Lewis acid-base component : Electron-withdrawing parameter : Electron-donating parameter 2.6 염색및염색성평가 PBT 필름의염색은 IR 염색기를사용하여 C.I. Basic Blue 162를 2%owf 로염색하였으며, 액량비는 1:50, ph를 5.5로고정하고 60 에서 60분간염색하였다. 수세한필름을상온에서건조하고, 반사율분광광도계 (Coloreye 3100, Gretag Macbeth) 를사용하여염색된필름을측색한후최대흡수파장에서 K/S값을구하였다. Figure 1. Subtracted reflectance of UV-irradiated PBT films. Table 1. Crystallinity of UV-irradiated PBT films Tm( ) Tc( ) Hm(J/g) Xc(%) Untreated PBT J/cm Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

14 66 주진우 장진호 Figure 2. AFM images of UV-irradiated PBT films. 가함에따라필름표면의요철이전체표면에걸쳐고르게증가했다. 최대요철크기가미처리필름의경우 110nm 이고, 10.6J/cm 2 의자외선에너지가조사되면 303nm 까지증가하는것을알수있다. 도입된나노단위의거칠기는입사가시광의상쇄간섭을일으킬수있으므로단파장영역의반사율감소를기대할수있다. PBT 필름에대한자외선 / 오존조사처리는결정영역보다는비결정영역을더용이하게절단및산화할수있으므로결정영역과비결정영역의상대적인광산화차이에따라나노요철이요철도가증가한다. 그리고형성된요철의높이에따라입사가시광이필름표면에서반사시광통과거리차이가생기므로위상차에의한상쇄간섭을일으켜단파장영역의가시광반사율이감소하는것으로추측된다. Figure 3은자외선조사에너지변화에따른 PBT필름의 ATR 스펙트럼과자외선처리된필름의흡광도에서미처리필름의흡광도를차감한 ATR 스펙트럼이 다. 미처리 PBT 필름의경우 1714cm -1 에서 C=O 신축진동, 1242cm -1 에서 C-O 신축진동, 1089cm -1 에서 C-O-C 신축진동이존재하여에스테르결합을확인할수있다. 또한 2842cm -1 및 2926cm -1 에서각각 CH2의 symmetric 과 asymmetric 신축진동이나타난다. 차감그래프에서자외선조사후 1714cm -1, 1242cm -1 와 1089cm -1 의피크가감소하였는데이는자외선 / 오존조사에의해 PBT 표면의에스테르결합이파괴된것을알수있다. Figure 4는자외선처리에따른 PBT 필름표면의탄소와산소의함량및원소조성비를나타낸것으로, 자외선에너지를 10.6J/cm 2 으로조사후표면에존재하는탄소함량이 84.1% 에서 72.5% 로감소하고산소함량이 15.9% 에서 27.5% 로증가하여전체적으로탄소에대한산소의비율이 18.9% 에서 38.0% 로증가하는것을알수있다. 따라서 ATR과 ESCA 분석을통해자외선조사에너지에의해 PBT 필름표면의광절단및 Figure 3. ATR spectra of UV-irradiated PBT films. Figure 4. ESCA spectra of UV-irradiated PBT films. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

15 자외선 / 오존조사에의한 Poly(butylene terephthalate) 필름의표면광산화 67 광산화가일어났음을확인할수있다. 3.2 접촉각측정과표면에너지 UV/O3 처리된 PBT 필름의표면친수화도를평가하기위해서 PBT 표면에대한물과 diiodomethane 및 glycerine 등세가지액체의접촉각을측정하였다 (Figure 5). 자외선조사에너지가증가할수록물의접촉각은 63.0 에서 28.8 으로감소하여표면이친수화되었음을알수있다. 이세가지액체의접촉각을이용하여 PBT 표면의표면에너지를계산하였는데 (Figure 6), 조사에너지가 21.2J/cm 2 까지증가함에따라총표면에너지가 (γ TOT ) 50.5mJ/m 2 에서 58.8mJ/m 2 까지증가하였다. 총표면에너지의증가는표면에너지구성성분중비극성성분이 (γ LW ) 약간감소함에비해극성성분인 Figure 7. K/S of UV-irradiated PBT films. Lewis 산-염기성분이 (γ AB ) 상대적으로많이증가하였기때문이다. 자세하게는산염기성분중전자수용성표면장력인자가 (γ + ) 0.04mJ/m 2 에서 0.94mJ/m 2 까지증가함에비해, 전자공여성표면장력인자는 (γ - ) 14.5mJ/m 2 에서 38.9mJ/m 2 까지대폭증가하였는데, 이는광산화로인해산소를함유한극성기가 PBT 필름표면에도입되었기때문이다. Figure 5. Contact angle of UV-irradiated PBT films. 3.3 UV/O3 처리된 PBT 필름의양이온염료에대한염색성 UV/O3 처리된 PBT 필름을양이온염료인 C.I. Basic Blue 162으로염색한결과 (Figure 7), 염색된필름의 K/S값은미처리의경우 3.3에서산화된필름의경우 UV에너지가증가할수록 K/S가 8.0까지증가하여양이온염료에대한염색성이매우증가하였음을알수있다. 이는조사에너지가높을수록필름표면의광분해및광산화에의해생성된음이온성기가정전기적상호작용이나극성상호작용에의해양이온염료와의상호작용이커져친화력이증가하기때문이다. 4. 결론 Figure 6. Surface energies of UV-irradiated PBT films. Poly(butylene terephthalate) 필름을 UV/O3 조사에의해표면광산화하고결정화도및표면의화학조성, 접촉각, 표면요철등을측정하여표면의특성과표면에너지의변화를분석하였다. 표면개질된 PBT 필름에양이온염료에대한처리전후의염색성변화를살펴보았다. PBT 필름은자외선조사와오존에의해광분해되어 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

16 68 주진우 장진호 나노요철도가증가하여 400nm 에서반사율이최대로감소하였다. 이는 PBT 주쇄의에스테르결합이절단되고광산화되어표면산소함량및 O1s/C1s가증가하는것을통해알수있다. 또한처리된 PBT 필름표면은친수화되어물에대한접촉각이감소하였고, 광산화에의한전자공여성인자가더많이증가하여 Lewis 산염기상호작용이증가함으로써 PBT의총표면에너지가증가하였다. 그리고표면처리된 PBT 필름의양이온성염료에대한염색성도증가하였는데이는표면산화에의해도입된전자공여성기가양이온염료에대한상호작용이증가하여염착좌석으로작용하기때문으로사료된다. 자외선 / 오존처리는소수성 PBT표면을친수화시킴으로써칫솔모나카페트소재등에대한표면친수성및염색성을향상시키거나톤온톤염색효과를부여할수있을것으로생각된다. 감사의글 본연구는에너지기술개발사업지원에의해수행된연구결과입니다 ( ). References 1. I. Cho, J. Lee, S. Jo, M. Cho, K. Kang, and M. Han, Transesterification Kinetics of Dimethyl Terephthalate with 1,4-Butanediol, Korean Chem. Eng. Res., 51(1), 58 (2013). 2. S. Carroccio, P. Rizzarelli, G. Scaltro, and C. Puglisi, Comparative Investigation of Photo- and Thermal-oxidation Processes in Poly(butylene terephthalate), Polymer, 49, 3371(2008). 3. C. P. Fung, Manufacturing Process Optimization for Wear Property of Fiber-reinforced Poly(butylene terephthalate) Composites with Grey Relational Analysis, Wear, 254, 298(2003). 4. R. Shishoo, Plasma Technology for Textiles, Woodhead Publishing, Abington, pp.1-24, Y. Dong and J. Jang, The Enhanced Cationic Dyeability of Ultraviolet/Ozone-treated meta-aramid Fabrics, Color. Technol., 127, 173(2011). 6. D. K. Yun and J. Jang, Surface Modification of Ultra High Molecular Weight Polyethylene Films by UV/Ozone Irradiation, Textile Coloration and Finishing, 23(2), 76(2011). 7. Y. J. Jang and J. Jang, Surface Treatment and Dyeability of Poly(phenylene sulfide) Films by UV/O3 Irradiation, Textile Coloration and Finishing, 23(4), 284(2011). 8. M. S. Kim, Y. J. Jang, and J. Jang, Photo-oxidation and Dyeability of Poly Ketone by UV/O3 Irradiation, Textile Coloration and Finishing, 25(1), 25(2013). 9. J. W. Joo and J. Jang, Photooxidation of Poly(butylene succinate) Films by UV/Ozone Irradiation, Textile Coloration and Finishing, 24(3), 159(2014). 10. J. W. Joo and J. Jang, Photooxidation of Poly(vinyl butyral) Films by UV/Ozone Irradiation, Textile Coloration and Finishing, 27(2), 113(2015). 11. G. H. Koo and J. Jang, Depth-Gradient and Photoinitiator-free Photocrosslinking of Poly(ethylene oxide), J. Appl. Polym. Sci., 125, 2659(2012). 12. Y. J. Jang and J. Jang, The Improvement of Thermal Stability and Tensile Toughness by the Photocrosslinking of Poly(phenylene sulfide) Containing Acetophenone, Textile Coloration and Finishing, 24(1), 281(2012). 13. G. H. Koo and J. Jang, Preparation of Melting-free Poly(lactic acid) by Amorphous and Crystal Crosslinking under UV Irradiation, J. Appl. Polym. Sci., 127, 4515(2013). 14. D. W. Yun and J. Jang, Wear Minimization of Ultra High Molecular Weight Polyethylene by Benzophenone-assisted Photocrosslinking, Fibers and Polymers, 15(3), 480(2014). 15. D. W. Yun and J. Jang, Acetophenone-assisted Main- Chain Photocrosslinking of Poly(ethylene terephthalate), J. Appl. Polym. Sci., 131, 3980(2014). 16. S. W. Jin and J. Jang, The UV/Ozone Stability of PET and Nylon 6 Nanocomposite Films Containing TiO2 Photocatalysts, Textile Coloration and Finishing, 26(2), 88(2014). 17. A. Casu and J. Gardette, Photolysis and Photooxidation of Poly(butylene terephthalate) Fiber Glass Systems, Polymer, 36(21), 4005(1995). 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

17 자외선 / 오존조사에의한 Poly(butylene terephthalate) 필름의표면광산화 P. Gijsman, G. Meijers, and G. Vitarelli, Comparison of the UV-degradation Chemistry of Polypropylene, Polyethylene, Polyamide 6 and Polybutylene terephthalate, Polymer Degradation and Stability, 65(3), 433(1999). 19. M. Kwiatkowska, G. Broza, K. Schulte, and Z. Roslaniec, The in-situ Synthesis of Polybutylene Terephthalate/Carbon Nanotubes Composites, Rev. Adv. Mater. Sci., 12, 154 (2006). Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

18 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 학술 ) Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) 를이용한양모섬유표면의 Silver Nanoparticle 부착 Attachment of Silver Nanoparticles to the Wool Fiber Using Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) *Corresponding author Jaewoong Lee jaewlee@yu.ac.kr 이승영, 설인환 1, 이재웅 * 영남대학교융합섬유공학과, 1 금오공과대학교소재디자인공학과 Seungyoung Lee, In Hwan Sul 1 and Jaewoong Lee* Department of Textile Engineering and Technology, Yeungnam University, Gyeongsan, Korea 1 Department of Materials Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea Received_April 29, 2016 Revised_May 19, 2016 Accepted_June 02, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/70-76 c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Silver nanoparticles(agnps) were attached to wool fibers using glycidyltrimethylammonium chloride(gtac), which is a type of quaternary ammonium salt. GTAC, which contains an epoxy functional group that, under high temperatures, generates a ring-opening reaction with wool fibers, which contain the amine group. Then, the AgNPs are attached to the surface of the GTAC-treated wool fibers by treatment with a silver colloidal solution. The process involves the following procedures: (1) The wool fibers are immersed in the GTAC solution, followed by pre-drying at 80 C and curing at 180 C to induce an alteration in the chemical structure; and (2) The wool fibers treated with GTAC are immersed in the silver colloid at 40 C for 120 min to chemically induce a strong attachment of the AgNPs to the wool fibers. Scanning electron microscopy was used to analyze the influence of the concentrations of GTAC and the silver colloid, as well as the influence of the applied temperature of the silver colloid on the wool fibers, and the influence of the morphological changes in the wool fiber surfaces. As a result, the enhanced concentrations of GTAC and the silver colloid together with an elevated applied temperature of silver colloid have a tendency to increase in Ag atomic%. Keywords silver nanoparticles, quaternary ammonium salt, antibacterial, wool fiber, epoxy ring 1. 서론 양모섬유는케라틴으로알려진 α-아미노산의축합에의해형성되는단백질그룹으로독특한크림프구조가있어탁월한탄력성과보온성을가지고있음과동시에특유의포근한색상감으로의류전반에매우애용되고있다. 또한보온성, 흡수성, 탄력성, 난연성등을가지고있어의류제품, 카페트, 담요등사용범위가매우넓으며특히양모 felt 는공업용으로도널리사용된 다 1). 이러한양모섬유는특성상큰표면적과수분흡습성때문에미생물에의해오염이되기쉬우므로제품의보호를위해항균처리는필수적이다. 양모섬유에항균성을부여하는연구는지속적으로선행되었고다양한항균물질을적용해왔다 2-7). 효과적인항균물질중의하나인 Silver Nanoparticles(AgNPs) 는인체에는독성이거의없는반면박테리아, 바이러스, 조류, 곰팡이등일부생명체에는강한독성을나타내기때문에항균, 항생처리에사용 70

19 Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) 를이용한양모섬유표면의 Silver Nanoparticle 부착 71 되어왔다. 또한 AgNPs 는고무, 멤브레인, 필터그리고섬유등다양한고분자재료에적용되고있으며특히섬유재료에적용시키는기술은지속적이고광범위하게진행되고있다 8-15). 하지만 AgNPs 는반응기가없어서직접적으로섬유에부착시키기에는한계가있으며, 이를극복하기위해가교제를사용하여화학적으로결합시키거나 16), Ag 이온을환원시키는방법 17) 또는물리적으로결합시키는방법 18,19) 을사용해왔다. Glycidyltrimethylammonium chloride(gtac) 는 4급암모늄염화합물의하나로널리사용되는항균물질이다. 4급암모늄염화합물은암모늄이온 (NH4 + ) 의수소가모두알킬기나아릴기로치환된화합물을말하며질소원자에수소가붙어있지않기때문에아민과달리그수산화물은강염기이다. 4급암모늄염화합물의항균성은음이온으로하전된미생물의표면에양이온인 4급암모늄염화합물이흡착되어세포벽을통해항균물질이확산된다음세포질막이파괴되면서미생물의생체활성을방해함으로써발현된다 20-22). 이러한 4급암모늄염화합물의일종인 GTAC 는에폭시링을가지고있어고온에서처리할경우개환반응이일어나면서티올기 (-SH), 아민기 (-NH2), 수산기 (-OH) 그리고 metal halide 와결합이가능하다. 따라서 GTAC 는항균성을가지는동시에티올기 (-SH), 아민기 (- NH2), 수산기 (-OH) 또는 metal halide 를가진고분자물질에부착이가능하므로항균제뿐만아니라가교제역할도할수있다 (Figure 1). AgNPs 의경우항균제로써많은연구가선행되어왔으나, 섬유에화학적으로결합시키기에는그적용범위가한정되어있다. 그래서본연구에서는아민기 (- NH2) 를가진양모섬유에기존에는적용되지않은방법즉, GTAC 를처리한뒤양모섬유표면에 AgNPs 를효과적으로부착시키는것을목적으로하여 GTAC 의 농도, AgNPs 의농도및 AgNPs 의처리온도에따른 AgNPs 의부착량을확인하여면에서의품질수준을검토하고자하였다. 2. 실험 2.1 Glycidyltrimethylammonium Chloride (GTAC) 처리 Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) 를증류수에희석시킨뒤 GTAC 수용액과양모표면의효과적인접착을위하여비이온계면활성제 (triton X- 100) 를 1%(v/v) 첨가한용액에양모섬유 (125g/m 2, ISO105-F01) 를 30분간침지시켰다. GTAC 의고착을위해 80 C 에서 20분간예비건조후 180 C 에서 10 분간열처리를시킨후증류수에 2번씩수세하여상온에서 24시간건조시켰다. 2.2 Silver Nanoparticles(AgNPs) 부착 GTAC 가코팅된양모섬유를 Silver 콜로이드 (30,000 ppm, Water base, Nanomix) 용액에넣고 40 C 에서 100rpm 으로쉐이킹한뒤증류수에각각 2번씩수세하여상온에서 24시간건조시켰다. 2.3 투과전자현미경분석양모섬유에 AgNPs 를부착시키기위해사용한 Silver 콜로이드의분산상태및나노입자의크기를확인하기위해투과전자현미경 (H-7600, Hitachi, Japan) 을사용하여가속전압 100.0kV 하에서관찰하였다. 2.4 주사전자현미경 -에너지분산 X선분광분석 AgNPs 가부착된양모섬유의표면형상및부착된성분분석을위해시료를백금으로코팅한뒤주사전자 Figure 1. Reaction scheme between AgNPs and wool fiber treated with GTAC. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

20 72 이승영 설인환 이재웅 현미경(S-4100, Hitachi, Japan)을 사용하여 15kV 의 가속 전압 하에서 2000배의 배율로 관찰하였다. 2.5 세탁견뢰도 평가 양모 섬유에 부착된 AgNPs의 견뢰도를 확인하기 위 하여 견뢰도 시험기(Dong Yang Lab, D7-0850)를 사용하여 KS K ISO 105-C10:2006의 방법으로 세 탁 견뢰도를 측정하였다. 세제용액 농도 0.5wt%, 세 탁 온도 40 C, 세탁 시간 30분의 조건으로 총 5회 실 시하였다. 3. 결과 및 고찰 3.1 Silver 콜로이드 특성 분석 양모 섬유에 AgNPs를 부착시키기 위해 사용한 Sil- Figure 2. TEM image of silver nanoparticles in silver colloid solution. Figure 3. SEM micrographs of wool fibers: (a) treated with GTAC(30%, v/v), (b) treated with GTAC(30%, v/v) and AgNPs(5000 ppm), (c) treated with GTAC(30%, v/v) and AgNPs(10000 ppm), and (d) treated with GTAC(30%, v/v) and AgNPs(30000 ppm). 한국염색가공학회지 제 28권 제 2호

21 Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) 를이용한양모섬유표면의 Silver Nanoparticle 부착 73 Figure 4. SEM-EDS micrograph of wool fibers: (a) naive wool fiber and (b) wool fiber treated with GTAC(30%, v/v) and AgNPs(30000 ppm). ver 콜로이드용액내에분산되어있는 AgNPs 의분산과크기를확인하기위해투과전자현미경을사용하여 100,000 배의배율로관찰하여 Figure 2에나타내었다. Figure 2를살펴보면 AgNPs 의크기는 9~25nm 의범위로분산되어있었으며, AgNPs 의평균크기는 13±4nm 로관측되었다. 3.2 AgNPs 가부착된양모섬유표면특성및원소분석 Silver 콜로이드용액의농도에따른 AgNPs 가부착된양모섬유의표면특성을확인하기위하여 SEM을측정하여 Figure 3에나타내었다. Figure 3의 (a) 를보면 GTAC 만처리한시료의표면이평활한것을확인할수있었으며, (b), (c) 그리고 (d) 는 AgNPs 를처리함으로써표면의평활성이낮아지는것을확인할수있다. 특히 10000ppm 의 Silver 콜로이드로처리한 (c) 보다 30000ppm 으로처리한 (d) 의표면이상대적으로더평활성이저하된것을볼수있으며이를통해 Silver 콜로이드용액의농도가증가할수록처리한양모섬유의표면이상대적으로부착물이증가하는것을확인할수있다. SEM-EDS 를사용하여 AgNPs 가부착된양모섬유 의표면원소및형태적특성분석과 GTAC 의농도, AgNPs 의농도, AgNPs 의처리온도에따른양모섬유에부착된 Ag atomic% 측정하여, Figure 4에나타내었다. Figure 4의 (b) 를보면 GTAC 및 AgNPs 를처리한시료표면에 Cl 및 Ag원소가존재하는것을확인할수있으며, Cl은 GTAC 에포함된원소로서 GTAC 의존재를확인할수있었다. 3.3 처리조건별 AgNPs 부착량분석 GTAC 농도의영향증류수에희석시켜 2, 4, 6, 8, 10, 20, 30, 40%(v/v) 농도로제조한 GTAC 용액에양모섬유를처리한후 30000ppm 의 Silver 콜로이드용액에 40 에서처리한양모섬유의 Ag atomic% 를측정하여 Figure 5의 (a) 에나타내었다. GTAC 의농도가증가할수록 Ag atomic% 가증가하였으며특히 GTAC 농도 6%(v/v) 에서 8%(v/v) 그리고 10%(v/v) 에서 20%(v/v) 사이에서급격하게 Ag atomic% 가증가하였고 20%(v/v) 에서 40%(v/v) 까지는상대적으로더디게증가하였다. 이는반응기인에폭시링을가진 GTAC 의농도가증가할수록에폭시링의 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

22 74 이승영 설인환 이재웅 개환반응에의해 GTAC 가양모섬유의아민기 (-NH2) 혹은티올기 (-SH) 와결합하여 AgNPs 와결합할수있는작용기가증가하였기때문이라고추정되며, GTAC 농도 30%(v/v) 정도가임계치라고여겨진다 Silver 콜로이드농도의영향 30000ppm 의 Silver 콜로이드용액을물에희석시켜각각 2500, 5000, 7500, 10000, 20000, 30000ppm 으로제조한뒤 30%(v/v) 의 GTAC 농도에서처리한양모섬유를넣어 40 에서처리한시료들의 Agatomic% 를측정하여 Figure 5의 (b) 에나타내었다. Silver 콜로이드의농도가증가할수록양모섬유표면에부착된 Ag atomic% 가증가하였으며 Silver 콜로이드의농도 20000ppm 과 30000ppm 에서처리한시료의 Agatomic% 는큰차이가없었다. 이는콜로이드내의 AgNPs 의농도가증가함에따라양모섬유에처리된 GTAC 에부착된 AgNPs 의양이증가된것으로여겨지며 Silver 콜로이드농도 20000ppm 이임계치라고생각된다 처리온도의영향 Figure 5의 (c) 는 30%(v/v) 의 GTAC 농도에서처리한양모섬유를 20000ppm 의 Silver 콜로이드용액에침지시킨뒤각각 0, 20, 30, 40, 60, 80 에서처리한양모섬유표면 Ag atomic% 를나타낸것이다. 처리온도가높아질수록 Ag atomic% 가증가하는경향을보여 80 에서 AgNPs 가가장많이부착되었으며 0 에서는상대적으로소량부착된것을확인할수있었다. 이는높은온도에서처리할수록 GTAC와 AgNPs사이의반응성이증가되어상대적으로많은 AgNPs 가부착된것으로생각되며, 0 에서도 AgNPs 가부착된것을보아일정온도이상에서만반응성이일어난것이아니라상대적으로낮은온도범위에서도반응성이있다는것을알수있다. 3.4 AgNPs가부착된양모섬유의부착내구성양모섬유표면에부착된 AgNPs 의부착내구성평가를위하여세탁견뢰도실험을실시한후그결과를 Figure 6에나타내었다. 총 5회세탁을실시한결과, 양모섬유에부착된 AgNPs 의 atomic% 가세탁횟수에따라점차적으로감소하는것을볼수있었으며특히세탁 2회까지는양모 Figure 5. Different approaches to increase Ag atomic (%) on the wool fiber: (a) atomic (%) of Ag on wool fiber surface treated with GTAC and AgNPs at different GTAC concentration, (b) atomic (%) of Ag on wool fiber surface treated with GTAC and AgNPs at different Ag concentration, and (c) atomic (%) of Ag on wool fiber surface treated with GTAC and AgNPs at different temperatures. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

23 Glycidyltrimethylammonium Chloride(GTAC) 를이용한양모섬유표면의 Silver Nanoparticle 부착 75 제인 AgNPs 를 GTAC 용액에침지시킨양모섬유이외에다양한섬유소재에도효과적으로적용이가능할것으로기대된다. References Figure 6. Atomic (%) of Ag on wool fiber surface treated with GTAC and AgNPs after washing. 섬유에부착된 AgNPs 의 atomic% 가현저하게감소하였다. 이에반해 3회에서 5회까지는상대적으로적게감소되었다. 마지막으로 5회세탁한양모섬유의경우 Ag atomic% 가 2.12% 였으며, 이는세탁전의함량대비 42% 의유지율에해당함을알수있었다. 이러한유지율을근거로볼때양모섬유에 GTAC 처리후부착된 AgNPs 는세탁견뢰도가현저히높지는않았으나, 단순한미고착수준의부착은아닌것으로여겨진다. 즉, 섬유상에부착된일부나노입자 (13±4nm) 가세탁시마찰에의해탈락이이루어진것으로추정된다. 4. 결론 GTAC 를사용하여양모섬유에 AgNPs 를효과적으로부착하였다. GTAC 의농도, AgNPs 의농도가증가할수록, 그리고 AgNPs 의처리온도가높아질수록양모섬유표면 Ag atomic% 가증가하였으며특히 0 에서도 GTAC 와 AgNPs 사이에반응이일어난다는것을확인함으로써 GTAC 는낮은온도에서도반응성이있다는것을알수있었다. 이를근거로 GTAC 는넓은온도범위에서사용이가능한효과적인가교제라는것을검증하였으며본연구에서는아민기 (-NH2) 및티올기 (-SH) 를가진양모섬유에사용하였지만에폭시링과반응할수있는티올기 (-SH), 아민기 (-NH2) 이외에수산기 (-OH) 를가진물질에도 AgNPs 를효과적으로부착하는것이가능할것으로여겨진다. 섬유및고분자물질에널리사용되는효과적인항균 1. D. Kartofelev and A. Stulov, Propagation of Deformation Waves in Wool Felt, Acta. Mech. Solida Sin., 225, 3103(2014). 2. M. Pollini, F. Paladini, A. Licciulli, A. Maffezzoli, l. Nicolais, and A. Sannino, Silver-Coated Wool Yarns with Durable Antibacterial Properties, J. Appl. Polym. Sci., 125, 2239(2012). 3. F. S. Ghaheh, S. M. Mortazavi, F. Alihosseini, A. Fassihi, A. S. Nateri, and D. Abedi, Assessment of Antibacterial Activity of Wool Fabrics Dyed with Natural Dyes, J. Clean. Prod., 72, 139(2014). 4. G. Freddi, T. Arai, G. M. Colonna, A. Boschi, and M. Tsukada, Binding of Metal Cations to Chemically Modified Wool and Antimicrobial Properties of the Wool- Metal Complexes, J. Appl. Polym. Sci., 82, 3513(2001). 5. M. Diz, M. R. Infante, P. Erra, and A. Manresa, Antimicrobial Activity of Wool Treated with a New Thiol Cationic Surfactant, Textile. Res. J., 71, 695(2001). 6. P. Zhu and G. Sun, Antimicrobial Finishing of Wool Fabrics Using Quaternary Ammonium Salts, J. Appl. Polym. Sci., 93, 1037(2004). 7. H. Y. Ki, J. H. Kim, S. C. Kwon, and S. H. Jeong, A Study on Multifunctional Wool Textiles Treated with Nano-Sized Silver, J. Mater. Sci., 42, 8020(2007). 8. C. H. Xue, J. Chen, W. Yin, S. T. Jia, and J. Z. Ma, Superhydrophobic Conductive Textiles with Antibacterial Property by Coating Fibers with Silver Nanoparticles, Appl. Surf. Sci., 258, 2468(2012). 9. C. Y. Chen and C. L. Chiang, Preparation of Cotton Fibers with Antibacterial Silver Nanoparticles, Mater. Lett., 62, 3607(2008). 10. D. Wei, W. Sun, W. Qian, Y. Ye, and X. Ma, The Synthesis of Chitosan-Based Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activity, Carbohyd. Res., 344, 2375(2009). 11. W. K. Jung, H. C. Koo, K. W. Kim, S. Shin, S. H. Kim, Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

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25 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술 ) 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 Physical Properties and Dyeability of Wool/Polyester Spun Blend Yarn and Its Fabrics Using Air Blowing and Electrostatic Spinning Technology(Cyclone) *Corresponding author Mikyung Kim kmk@dyetec.or.kr 김미경 *, 김동권, 정재석 1, 장봉식 2 DYETEC 연구원, 1 한국섬유개발연구원, 2 하진텍스 Mikyung Kim*, Dongkwon Kim, Jaeseok Jeong 1 and Bongsik Jang 2 Korea Dyeing and Finishing Technology Institute, Daegu, Korea 1 Korea Textile Development Institute, Daegu, Korea 2 Hajin Textile Co. Ltd., Goryeong, Korea Received_May 31, 2016 Revised_June 14, 2016 Accepted_June 16, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF28-2/2016-6/77-91 c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Recently, the spun blend yarns with staple fibers and filaments are being developed in the spinning process using an air blowing and electrostatic spinning technology(cyclone) in order to enhance the soft feeling and the fine count spun blend yarn manufacturing competitiveness. In this study, the appropriate separation condition of polyester multifilament was examined according to the treatment condition of conductive agents and voltage on polyester multifilament in the newly developed cyclone spinning process. And it was investigated the physical properties and dyeability of the cyclone wool/polyester spun blend yarns and its wool composite fabrics in comparison with existing sirofil wool/polyester spun blend yarn and its fabrics. As the result, it is determined that the newly developed cyclone wool/polyester spun blend yarn applied fabrics has a superior quality level in terms of practicality. Keywords air blowing, electrostatic spinning, cyclone, sirofil, spun blend yarn, dyeing 1. 서론 섬유재료를활용한원사제조방법은화학섬유제조기반으로한장섬유 (filament yarn) 와천연섬유를기반으로한방적사 (spun yarn) 로구분되며, 이를복합화하는장단복합방적기술로구분될수있다 1-3). 기존링정방기에의한방적기술은직물용경사를사용하기위해서는필연적으로 2합사이상으로제조해야만사용이가능 4-11) 하여, 이로인한추가공정 ( 합사, 연사, 리와인딩등 ) 을진행함에따라원가상승요인이발생하여섬 유제조시상업화된원료를가지고적정한기술로세번수를방적하는기술이최우선으로필요한실정이었다. 이를개선하기위한장단섬유방적에있어서단섬유를이용한세번수방적기술의우수성을보이는 sirofil 방적기술 6-9) 이현재까지도많이적용되고있는데, sirofil 방적기술은일반적으로천연섬유단섬유내에화학섬유인장섬유한가닥이비교적한쪽으로치우쳐집속됨으로서상호결합, 교연하는링방적기술의일종인장단복합섬유제조방적공정이다. sirofil 방적기술은단순하면서생산성이우수하지만 77

26 78 김미경 김동권 정재석 장봉식 원사단면구조상화학섬유인 filament 한가닥이원사의외곽에위치하고있어촉감이다소깔깔한느낌이나므로시원하고드라이한촉감 (dry handle) 을표현하는여름용의류제품 8-10) 에제한적으로사용되는단점을보이고있으며, 세번수방적에는아직까지기술적한계에있는것으로보인다. 이처럼기존방적공적으로한계에있는세번수복합방적혼섬화기술을개선 11-15) 하기위하여스위스 Rieter 사등에서정전기력을이용한단섬유방적기술이소개되었으나방적환경을저습도상태를유지해야하고 3만볼트이상의고전압을방출하게되는생산여건과제조인력의안전문제등을내포하고있어양산화에어려움이있었다. 최근에방적공정에서기존링정방기에정전압과습도를낮추기위한건열송풍출력형태가와류현상일으키는것을모형화한공기분사 device 개발장치를추가부착하고 filament 에정전기를부여하는새로운장단복합사제조기술 14-16) 이개발되고있는데, 이를일명공기분사전기방적기술 (cyclone) 이라고일컫고있다. 공기분사전기방적기술 16) 은기존의개섬공정, 연조공정및정방공정으로이루어지는통상적인링방적기와동일한구성을가지나링방적기의에이프런롤러의프런트롤러와세컨드롤러사이에전기튜브가외부에감싸진분섬노즐부를추가적으로가지며, 이분섬노즐부를통과하는합성섬유 filament 는외곽전기튜브에의해형성되는전기장에의해각각분섬화되도록고안되었다. 그리고 filament 분섬후에는연조공정으로부터별도로공급되어세컨드롤러를통과하는연조슬라이버와함께프런트롤러로공급하는공정, 그리고위프런트롤러로부터드래프트되면서토출되는연조슬라이버와합성섬유 filament 의혼합사조를트래블러를통과시켜보빈으로권취하면서방적사를제조하는공정으 로이루어져분섬노즐부를가지는링방적기에의한세번수방적사제조방법 16) 이라고할수있다. 이러한공기분사전기방적기술은방적공정에서장섬유 filament 에공기분사력 (air blowing force) 과정전기력 (electrostatic force) 을최적화하여장섬유 filament를분섬화 (separation) 시킨후방적사내에혼섬, 방적하는기술로서분섬된합성섬유 filament 가천연섬유 staple 내에분포하게되어결국원사의세번수적용과물성및촉감향상등의기능을동시에달성하기위해최근국내에서고안하여개발되고있는신규방적기술이다. 그러나일반적으로합성섬유는전기를가해도전류가흐르지않는부도체로서공기분사전기방적시정전기력이부여되어분섬화위해서는분섬노즐부통과전에섬유고분자물질을대전시키기위한약간의전하를지니고있을정도의조제전처리가필요하다. 본연구에서는최근새롭게개발되고있는공기분사전기방적기술공정을 wool/polyester 혼섬사제조에적용시 polyester 장섬유의전처리조건에따른전도성부여효과와전압조건이분섬화에미치는영향을조사하였다. 또한제조된 cyclone wool/polyester 혼섬방적사복합소재의특성을조사하기위하여, 공기분사전기방적혼섬방적사및이들적용직물의물성과염색성을기존 sirofil 방적사소재와비교조사하여실용성측면에서의품질수준을검토하고자하였다. 2. 실험 2.1 시료 사용원사본연구에사용된합성섬유장섬유는 20d/12fila 의무연 SDY polyester filament 를사용하였고, 천연섬유 (a) Sirofil spun yarn (b) Cyclone spun yarn Figure 1. Cross section concept of sirofil spun blend yarn and cyclone spun blend yarn. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

27 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 79 단섬유는 18.5~19.5 μm (1/50Nm~1/40Nm) 의 wool sliver 을사용하였다. 그리고이들원사를이용하여제조된 Table 1의 cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사를사용하였다. 여기서합성섬유 filament 한가닥씩분섬화가능하도록공기분사전기방적설비가장착된한신모방 ( 주 ) 의정방기 (Cognetex, FTC-8) 를이용하여, 연조및전방공정을거친 wool sliver 내에 polyester multifilament 가분섬화되어결합, 교연하는공기분사전기방적공정으로제조된 F/100(wool 18.5 μm /PET 20D) 및 F/80(wool 19.5 μm /PET20D) 의 cyclonewool/polyester (90%/10%) 의혼섬방적사를사용하였다. 또한기존정방기 (Cognetex, FTC-8) 에서연조, 전방공정을거친 wool sliver 내에 polyester multifilament 한가닥이그대로결합, 교연하는 sirofil 방적공정으로제조된 F/100(wool 18.5 μm /PET 20D) 의 sirofil wool/polyester(90%/10%) 혼섬방적사를비교용으로사용하였다 사용직물실험에사용한직물은 Table 1의 F/100 및 F/80 의 cyclone wool/polyester 혼섬방적사와기존 F/100 의 sirofil wool/polyester 혼섬방적사를각각사용하여래피어직기 (HR 500) 을이용하여 RPM 350, 개구각 6~6.5cm 의기본공정조건하에서제직된 Table 2의직물을각각사용하였다. 2.2 사용공기분사전기방적 Device 장치본연구의실험에서사용한공기분사전기방적장치는 Figure 2와같이링방적기에이프런롤러의프런트롤러와세컨드롤러사이에분섬노즐부가장착된 proto-type 의공기분사전기방적 device 장치이다. 이장치는공기분사및전기방적디바이스를통과하여 filament 가분섬되는구간의공기분사분섬노즐부로서공기분사기, 정전기발진기, cyclone 튜브, collector 및 yarn guide 로구성된다. Table 1. Preparation of cyclone and sirofil spun blend yarns Specimens Cyclone F/80 Cyclone F/100 Sirofil F/100 Wool 19.5 μm (1/40Nm) 18.5 μm (1/50Nm) 18.5 μm (1/50Nm) Fiber PET Blend ratio (%) Voltage (V) Cyclone condition Current (ma) Tension (g/f) Air flow pressure (g/ cm2 ) RPM Spinning Draft ratio W/P 20d/12f 7, , Z870 90/10 W/P 20d/12f 7, , Z970 90/10 W/P 20d/12f , Z /10 TPM Table 2. Preparation of cyclone and sirofil wool/polyester blend fabrics Spec. of fabrics Specimens Warp yarn Weft yarn Density(/in.) Wp Wf Structure Cyclone F/80 F/80 Cyclone W/P [Wool 19.5 μm /PET20D(90%/10%)] Wool 19.5 μm (1/40Nm) 2/32(64) 62 Plain Cyclone F/100 F/100 Cyclone W/P [Wool 18.5 μm /PET 20D(90%/10%)] Wool 18.5 μm (1/50Nm) 2/38(76) 72 Plain Sirofil F/100 F/100 Sirofil W/P [Wool 18.5 μm /PET 20D(90%/10%)] Wool 18.5 μm (1/50Nm) 2/38(76) 72 Plain Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

28 80 김미경 김동권 정재석 장봉식 Figure 2. Spinning process of staple-filament blend yarn by electrostatic charging method in ring spining system. Figure 3은공기분사전기방적분섬노즐부구조도및 device 장치에대한제원을나타내고있다. 분섬노즐부에서는외부로부터인가된전압이합성섬유 filament 통로를감싸고있는전기튜브를통하여합성섬유 filament 에전달되어대전되는데, 분섬노즐은 multifilament 에음전하를부여하기위한전도성금속내층전기튜브와양전하부여를통하여정전기력을줌으로서 multifilament 를외곽으로분산시켜주는전도성금속외층전기튜브의 2층으로구성되며, 2개층의분섬노즐을통과시키면대전압차이로인해 multifilament 가각각분섬된다. 이러한통로를통해내려온합성섬유 filament 는하부에 60~70 로설치된에어튜브의공기분사력에의해서자유로운상태로 Figure 4 와같이분섬화될수있다. 전기튜브상단과하단에는세라믹튜브로, 외층전기튜브외부는절연체로 5mm 의두께로이루어진외부튜브로감싸져있다. 이때, 부도체섬유의대전을위해서는합성섬유 filament 가약간의전도성을띠어야하므로전도성기능조제를 filament 에전처리해야하고이를위해적용한전처리장치의구조도는 Figure 5와같다. 정방기분섬노즐디바이스를통과한 multifilament 는프런트롤러를통과하기전에단섬유슬라이버와만나게되고이때공기분사전기방적분섬노즐을통과하여분섬된 multifilament 는중심축으로부터일정거리를유지하면서분산되어단섬유들사이에분포되게된 (a) Filament separation nozzle device (b) Process diagram of filament separation nozzle device Factor Diameter (mm) Inside tube Length (mm) Diameter (mm) Outside tube Length (mm) DC Voltage (v) Current (ma) Air flow pressure (g/ cm2 ) Condition mm 9.5mm 5,000 ~ 15, ~ ~ 10 (c) Condition of filament separation nozzle device Figure 3. Process diagram (b) and condition (c) on filament separation nozzle device (a) in air blowing and electrostatic spinning frame. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

29 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 81 Figure 4. Multifilament separation of polyester filament on separation nozzle device in air blowing and electrostatic spinning(cyclone) frame. 다. 분포된 filament 의중심축과분포거리는방전전압과 filament 의장력에의해조절되고, filament 를단섬유의중심축에가까이하기위해서장력을상승시키거나컨덴서 (condenser) 혹은컬렉터 (collector) 를사용하고, 프런트롤러를통과한분섬 filament 와단섬유는서로평행상태로유지하고있다가꼬임효과를받으면서결집되면서장단섬유복합사 (spun blend yarn) 로만들어지게된다. 본연구에서 cyclone 방식혼섬사의비교실험용으로사용된 sirofil 혼섬사는 Figure 6과같이합성섬유 filament 가위쪽로빙부분에서드래프트로풀려나오면서프런트롤러로공급되고, 다른한쪽로빙부분에서는단섬유 sliver 가프런트롤러로별도공급되면서프런트롤러를지나는정방공정에서합성섬유 filament 한가닥이단섬유 sliver 내한쪽으로혼합되어정방교연되는 sirofil 방적방식으로제조된장단복합사이다. Figure 5. Process diagram on pretreatment device of conductive agent in air blowing and electrostatic spinning(cyclone) frame. 러한총 4종의대전방지제를사용하여 1~100%soln. 농도별로장착된 Figure 5의스펀지전처리장치를통해 polyester filament(20d/12fila.) 를처리하고, 120 에서 2분간건조후 electric tester(fluke) 사용하여전기저항을측정, 최적전처리조건을검토하였다. 이때, 전기저항측정은항온항습실 ( 온도 20 C, 습도 65%) 에서 5회측정하여최고, 최저값을제외한나머지평균치를산출하였다. 2.3 공기분사전기방적분섬화실험 전도성조제전처리및전기저항측정합성섬유 polyester filament 에전하부여조건을조사하기위하여, 전도성기능조제로서섬유상에흡진사용가능한대전방지제를검토하였고, 본연구에서는비이온성대전방지제로서 N사의염산구아니딘질소계화합물인비이온성대전방지제 2종 (FE-33, FE-18) 과이온성으로서 N사의 alkyl phospate 계음이온성화합물인대전방지제 AS-20, 그리고 C사의 phosphate ester 계음이온성대전방지제 AKT를사용하였다. 이 Figure 6. Schematic diagram of siro spinning process 17). Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

30 82 김미경 김동권 정재석 장봉식 전압에따른 filament 의분섬거리측정부여정전압변화에따른 polyester filament 의분섬화정도를조사하고최적전압조건을조사하기위한것으로, 전처리장치에서 FE-18 대전방지제가 20%soln. 의농도로전처리된 polyester filament(20d/12fila.) 에대하여 Figure 3의분섬노즐부에서 5,000~10,000volt 범위내의발생전압에따른분섬된 filament 간거리를실측하였다. 이때, 발생전류는 0.3mA, filament 장력은 5g/f로고정하였다. 에따른염색성조사를위하여 cyclone wool/polyester 혼섬사 F/80과 F/100 적용직물의염색성을동일한염색조건으로조사, 비교하였다. 그리고삼원색염착곡선측정후 cyclone wool/polyester 직물 (cyclone F/100) 및 sirofil 직물 (sirofil F/100) 에대하여삼원색복합염료를이용하여 darkgrey 색상 (UnilanYellowGRN0.432%o.w.f, UnilanRedBS 0.036%o.w.f, Unilan Blue GG 0.042% o.w.f 혼합 ) 으로위와동일염색공정으로염색함으로서제품화실용성을검토하였다 Microtome 측정및장단섬유분포율계산 Filament 장섬유에서분섬화된섬유가정전기력에의해섬유전체단면에퍼져있는비율을조사하기위하여공기분사전기방적공정으로혼섬된 F/100(wool 18.5 μm /PET 20D) 혼섬사의단면을 microtome 측정하였고, 전체장섬유개수와인접하지않은장섬유의개수를조사함으로서장 / 단섬유분포율을아래식 (1) 과같이주관적, 정성적으로산출하였다. Distribution rate of staple/filament(%) Nonadjacent filament count = 100 (1) Total filament count 2.4 Cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사적용직물의염색사용염료는양모섬유염색에많이적용되는 1:1 함금속산성염료인 Unilan Yellow GRN, Unilan Red BS, Unilan Blue GG의삼원색염료각 3% o.w.f를사용하여 cyclone wool/polyester 혼섬사직물 (cyclone F/100) 및 sirofil wool/polyester 혼섬사직물 (sirofil F/100) 에대하여최종 100, 60분간염색조건하에서승온온도및염색시간에따른염착곡선을각각조사하였다. 이때균염제 (NEWBON SD-20) 1g/l 를염료와동시투입하고 acetic acid 를사용하여염욕 ph를 4로조정하였고, 욕비는 1:30 으로하였다. 염색후모든염색물은고착제 (Superfix W-75, 대영화학 ) 2g/l와 acetic acid 1%soln. 을사용하여 50 에서 20분간고착처리하여냉수세후온수세, 냉수세를반복하였다. 모든정련및염색공정은 IR 염색기 (LABO -MAT, Mathis, Switzerland) 를사용하였다. 또한개발 cyclone wool/polyester 혼섬방적사원사굵기 2.5 물성측정 원사물성및치수안정성측정분섬노즐부이용하여공기분사전기방적공정으로제조된 F/80, F/100 의각 cyclone wool/polyester 혼섬사및 sirofil wool/polyester 혼섬사에대하여원사균제도, 인장강신도, 방적사치수변화율의방적사물성안정성을비교조사하였다. 원사균제도는방적사의균일성을측정하는품질항목으로 USTER 시험방법으로균제도측정시험기 (Uster Tester 3) 사용하여전기용량식센서로시료의선밀도의변동 (mass variation) 을측정하고, 이를전기적신호로변환시켜시료의불균제도를측정하였다. 측정속도는 200m/min. 측정시간은 3분으로하여 5회측정평균하였다. 인장강신도는 KS K 0475에준하여측정하였고, 방적사치수변화율은 KS K 0423 에준하여 20 에서 10분간침지하고망건조후길이변화측정하였다 직물의물성및치수안정성측정 Cyclone wool/polyester 혼섬사적용직물의제품화안정성을조사하기위하여 dark grey 색상산성염료염색직물에대한필링성, 인장강도, 마모강도및세탁치수변화율을조사하여기존 sirofil wool/polyester 혼섬사적용직물과비교하였다. 이때필링성은 KS K 0501( 브러시스펀지법 ), 세탁치수변화율은 KS K ISO 5077, 인장강도는 KS K 0520( 그래브법 ), 마모강도는 KS K ISO ( 마틴데일법, 시험편파괴점 ) 에의거하여실시하였다 직물의태특성조사 Cyclone wool/polyester 및 sirofil wool/poly- 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

31 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 83 ester 혼섬사를적용하여 dark grey 색상으로염색한직물에대하여 Kawabata(KES-FB system, Kato tech.) 을이용하여 Women's suit(winter) 의 KN-201- MDY 에의한감각적특성치 (Hand Value) 와 KN-301- Winter 에의한종합태 (Total Hand Value) 를측정하여두직물간의태 (Handle) 특성을조사, 비교하였다. 2.6 염색직물염색성조사 색농도및색차측정모든염색물에대하여측색기 (Datacolor SF 600 Plus) 를사용하여 380~720nm 영역의최대흡광파장 (Yellow400~410nm, Red500~520nm, Blue630~640nm) 에서의단파장 K/S 값을측정하여겉보기색농도를측정하였다. 또한 KS K 0205 에준하여각염색직물상의임의의한지점을기준으로다른지점간의색차 ( E*) 를측정하여개발소재의균염성정도를조사하였다 견뢰도평가 Cyclone wool/polyester 혼섬사적용양모복합직물에대해 2.4항과같이삼원색의함금속산성염료및 dark grey 혼합함금속염료를각 3% o.w.f를사용하여 100, 60분간염색한후이들직물에대한세탁견뢰도, 드라이클리닝견뢰도, 마찰견뢰도및물견뢰도를측정하였다. 드라이클리닝견뢰도는 KS K ISO 105- D01, 세탁견뢰도는 KS K ISO 105-C06, 마찰견뢰도는 KS K 0650, 물견뢰도는 KS K ISO 105-E01 에의거하여실시하였다. 3. 결과및고찰 3.1 전도성의조제전처리에따른합성섬유전기저항변화합성섬유혼방전기방적공정시전압을높여합성섬유가닥가닥벌어지게되는데, 현재이를적용하기위해서는높은전압이필요하여실제현장에서는안정성문제로비실용적일수있다. 따라서 cyclone 공기분사전기방적공정에서정전기를방지하면서도부도체인합성섬유에전기가흐를수있도록전하량을부여하기위해서는, 염성분및긴알킬체인을가지는계면활성제성분이포함된대전방지제와같이자체의전도성를띠는전도성조제의전처리조건선정이필요하다. 기존섬유가공제로사용되는대전방지제의기능은 그분자내에친수성과소수성기를모두갖고있어, 실제로소수성기는섬유상표면에집중되어있고, 반면에친수성기는대기중의수분을흡수하는공기측에주로있다. 이에소수성부분의정전하축적은대전방지제에의해흡수된수분의전도성으로인해분산되며, 동시에대전방지제는마찰정전하의누적을줄이는효과를얻게되는기능을가지게된다. 본연구에서는공기분사전기방적공정상의분섬노즐부 device 장치를이용하여합성섬유 polyester 의전도성확보위해대전방지제적용한최적의전처리조건을조사하고, 공기분사전기방적공정에적용하고자하였다. 이에본연구에서는 20D polyester 섬유상에염산구아니딘질소계화합물인비이온성대전방지제 2종 (FE-33, FE-18) 과 alkyl phospate 계음이온성화합물인대전방지제 AS-20, phosphate ester 계음이온성대전방지제 AKT를각각 1~100%soln. 의농도별로처리하여건조후원단길이별전기저항을측정하였으며, Figure 7은대전방지제종류별농도에따른전기저항의변화를조사하여나타낸것이다. 그결과대부분의조제들은 1%soln. 수준의매우저농도에서는전기저항측정이불가하였으나, 10%soln. 농도이상에서는농도가높아질수록전기저항값이감소하는결과를나타내었다. 특히, 이온성대전방지제전도성물질보다는비이온성전도성물질인 FE-33 과 FE-18 대전방지제를적용한경우전기저항수치가낮고, 20%soln. 농도에서도전기저항수치가크게감소하고있다. 이는이온성대전방지제가주변환경의영향을보다쉽게받게되어전기저항성이보다큰것으로보이며, 비이온성대전방지제는주변환경의영향에비교적안정적인것으로판단된다. 따라서비이온성의 FE-33 또는 FE-18 대전방지제를 20%soln. 내외농도로 polyesterfilament 상에전처리함으로서공기분사전기방적분섬노즐부에서 filament 상에양호한전도성을부여할수있을것으로보인다. 3.2 발생전압에따른 polyester filament 의분섬화및분포성앞서실험에서언급한바와같이공기분사전기방적공정중에전도성물질로전처리된 multifilament 를직류전압으로대전시키기위해분섬노즐을지닌디바이스장치를적용하는데, 이러한분섬노즐은합성섬유 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

32 84 김미경 김동권 정재석 장봉식 Electric resistance(mω) Electric resistance(mω) Conc.of conductive agent AS-20 (%soln.) Conc.of conductive agent AKT (%soln.) Figure 7. Change of electric resistance on polyester filament according to treatment concentration of conductive agents(anti-static agents). multifilament 에음전하를부여하기위한내층전기튜브와양전하부여통해정전기력을줌으로서전처리 filament 를외곽으로분산시켜주는외층전기튜브 2층으로구성된다. 이러한 2개층의전기튜브구간을합성섬유 multifilament 가통과하면대전압차이로각각의 filament 로분섬하게될것이다. Figure 8은발생전류값과 filament 장력값이일정할때, 발생되는전압에따라 20%soln. 의 FE-18 대전 방지제가전처리된 20D polyester 의 filament 분섬거리를측정하여나타낸것으로서, 발생전압이높을수록분섬되는 filament 의거리가증가하고있다. Figure 9는발생전압에따른장 / 단섬유분포율을나타낸것으로서, 장 / 단섬유분포율계산은공기분사전기방적원사의성능을평가하기위하여방적이완료된원사의단면을절단하여 filament 장섬유의분섬유가정전기력에의해단섬유섬유속에퍼져있는상태를측 Distance of separration filament (mm) Distribution rate (%) Electric resistance(mω) Electric resistance(mω) Conc.of conductive agent FE-33 (%soln.) Conc.of conductive agent FE-18 (%soln.) Voltage (volt) Figure 8. The distance between separated filaments in polyester multifilament according to voltage change. Voltage (volt) Figure 9. The distribution rate of staple(wool) and filament(polyester) fiber according to voltage change. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

33 85 공기분사 전기방적 기술(Cyclone)을 이용한 Wool/Polyester 혼섬사 소재의 물성 및 염색성 F/100 Cyclone W/P (5,000V, distribution rate 16.6%) F/100 Cyclone W/P (8,000V, distribution rate 50%) Figure 10. Microscope images on cross section and side shape of cyclone F/100 wool/polyester spun blend yarns. 정하는 것으로서 수치가 높을수록 고르게 분포되었음을 의 polyester filament가 더욱 퍼지게 분포됨을 알 수 의미한다. Figure 9에서 발생전압이 높을수록 장/단 섬 있으며 측면 사진에서 원사의 혼섬이 잘 이루어져 외곽 유의 분포율도 다소 증가하고 있으며, 전압 9,000volt 에는 비교적 심사에 속하는 polyester filament가 거 이상에서는 거의 비슷한 분포율을 나타내고 있다. 따라 의 보이지 않음을 알 수 있다. 그러나 전압이 높을수록 서 전류 및 장력이 일정한 기본 조건 하에서 공기분사 전기 각 filament 분포율이 넓어져 filament가 외곽으로 방적 분섬노즐의 전압 조건은 8,000~9,000volt 내외가 위치해 이후 혼섬이 불균일해질 수 있으므로 분섬노즐 적정할 것이다. 에서 원사에 적정한 전압설정이 필요할 것이다. Figure 10은 cyclone 혼섬사의 형태를 알아보기 위 하여 분섬노즐 통과시 5,000volt 및 8,000volt의 3.3 Cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사의 물성 전압으로 분섬 후 제조된 cyclone wool/polyester 앞서 언급한 바와 같이 최근 천연섬유 단섬유와 합성 혼섬사의 단면 및 측면 형태를 관찰하여 나타낸 것이다. 섬유 장섬유 복합 방적시 기존의 링방적 및 sirofil 방 전압이 5,000volt에서 8,000volt로 높아질수록 원형 적방식을 개선하여 filament 합성섬유가 방적사 내에 Table 3. Physical properties of cyclone and sirofil wool/polyester spun blend yarns Specimens Properties F/80 Cyclone W/P F/100 Cyclone W/P F/100 Sirofil W/P Breaking strength(cn/tex) Breaking elongation(%) Unevenness of spun yarn(u%) Dimensional change of spun yarn(%) Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

34 86 김미경 김동권 정재석 장봉식 골고루편재되어촉감및제품성이보다향상되도록하기위하여공기분사를이용한전기방적기술이개발되고있다. 본연구에서는먼저새로운공기분사전기방적기술을이용하여제조된 cyclone wool/polyester 혼섬방적사상태에서의품질및물성수준을검토하기위하여, 인장강신도와균제도, 방적사치수변화율을조사하고기존 sirofil wool/polyester 혼섬방적사와비교하여 Table 3 에나타내었다. Table 3을보면 F/80 cyclone wool/polyester 보다다소세섬사인 F/100 cyclone wool/polyester 의인장강도는당연히낮은수준으로나타났고, F/100 cyclone wool/polyester 방적사의강도는 F/100 sirofil wool/polyester 보다조금낮게나타나고있다. 이처럼 F/100 굵기의 cyclone 과 sirofil wool/polyester 혼섬방적사는인장강도차이가나는데 sirofil 의경우 polyester filament 가외곽한쪽에결속되어모여있고, cyclone 의경우 polyester filament 가분섬공정을거쳐보다흩어져분포하므로인장강도의경우 sirofil 방적사가약간높게나타나고있는것으로보인다. 그러나그차이는크지않고, cyclone 과 sirofil 의인장강신도및치수변화율도안정한비슷한수치를보이고있으며균제도 (U%) 도 12 내외수준으로양호하므로신규 cyclone wool/polyester 혼섬방적사는실용적전개위한물성수준을만족할것으로보인다. 3.4 Cyclone 및 sirofil 의 wool/polyester 혼섬사적용직물의염색성비교본연구에서는천연섬유단섬유와합성섬유장섬유를복합방적시기존 sirofil 기술을적용한 wool/polyester 혼섬방적사와최근개발되고있는 cyclone 공기분사전기방적방식을적용한 wool/polyester 혼섬방적사를각각이용하여제직된양모복합직물에대한염색품질수준을비교검토해보고자하였다. 염색성조사시 cyclone wool/polyester(f/100) 및 sirofil wool/polyester(f/100) 혼섬사를경사로적용한 wool 복합직물에서방적에사용된 polyester 함량은 10% 이하로낮고, polyester filament 는이론적으로는전체적으로방적시원사내부쪽에위치하게되므로, cyclone 방적시장섬유편재성과더불어실용성검토차원에서산성염료단일염료에의한염색성을우선조사하였다. Figure 11은 F/100 의 cyclone wool/polyester 방적사적용직물에대한삼원색의함금속산성염료 (Unilan Yellow GRN, Unilan Red BS, Unilan Blue GG) 의염색성을기존 F/100 sirofil wool/polyester 적용직물과비교하여나타낸것으로서, 각삼원색의함금속산성염료염색공정에따라염착곡선염료흡진경향성은비슷하나 yellow, blue 염색원단의경우 cyclone 적용직물의염색성이 sirofil 적용직물보다다소낮게나타나고있다. 이는 cyclone 공정에서 polyester 원사가 sirofil 보다골고루산재되어함금속산성염료단독염색으로염색성이미미하게나마차이날수있을것으로보인다. 특히 yellow 의경우그차이가두드러져보이는데, 이는 yellow 가다소옅은색상에속해미미한색상차이라도겉보기색상농도측정값이크게차이나는것에연유한것으로보이며, 실제육안색상에서는전체적으로큰차이없는것으로판단되었다. Figure 12는 F/80 및 F/100 의원사굵기에따른 cyclone wool/polyester 혼섬방적사적용직물의함금속산성염료의염착곡선을비교하여나타낸것이다. 염색공정상염색초기에는 F/100 cyclone wool/polyester 가보다세섬사인특성으로인해염료에대한빠른흡진으로 F/80 cyclone wool/polyester 보다염색성이약간높게나타나지만 100 에서 60분간염색시염착포화치에거의이르러 F/100 cyclone wool/polyester 의염색성은 F/80 cyclone wool/polyester 보다다소낮게나타나고있다. 이는고온및 1시간이상의 Table 4. Color difference on sirofil and cyclone wool/polyester fabrics dyed with mixed metal-complex acid dye(dark grey color) Properties Dyeing fabrics F/80 Cyclone W/P F/100 Cyclone W/P F/100 Sirofil W/P Color difference( E*) 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

35 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 87 Figure 11. Color strength of cyclone wool/polyester(f/100) and sirofil wool/polyester(f/100) fabrics dyed with three metal-complex acid dyes(unilan Yellow GRN, Unilan Red BS, Unilan Blue GG) according to dyeing process(dyeing rising temperature and dyeing time). Figure 12. Color strength of cyclone wool/polyester(f/80) and cyclone wool/polyester(f/100) fabrics dyed with three metal-complex acid dyes(unilan Yellow GRN, Unilan Red BS, Unilan Blue GG) according to dyeing process(dyeing rising temperature and dyeing time). Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

36 88 김미경 김동권 정재석 장봉식 Table 5. Fastness of cyclone and sirofil wool/polyester blend fabrics dyed with metal-complex acid dyes Washing Dry cleaning Rubbing Water Fastness Change in color Wool Staining Polyester Change in color Staining Dry Wet Change in color Wool Staining Polyester F/100 Cyclone W/P F/100 Sirofil W/P Yellow Red Blue Dark grey Dark grey 장시간염색온도에서보다세섬사소재적용특성으로인해염착염료가욕중으로더욱이행된것으로보인다. 이에 cyclone 세섬사개발원사의경우색상발현을위해염색시보다세밀한염료농도및염색조건설정이필요할것으로보인다. Table 4는 F/80 및 F/100 의 cyclone wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물및기존 F/100 의 sirofil wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물 dark grey 염색포에대하여각직물상의부위별색차 ( E*) 를측정하여이들염색포의균염성을조사한것이다. Cyclone wool/polyester 방적사적용양모복합직물염색포색차값은 0.25~0.07 로서 sirofil wool/polyester 방적사적용양모복합직물염색포색차값 0.05 내외의비슷한색차값을보이고있어신규공기분사전기방적기술적용 cyclone 방적사적용소재는기존의 sirofil 방적사적용소재에버금가는색차 1.0이하의안정적인균염성을보이고있으며, 이로서신규 cyclone 소재는비교적균일한공기분사전기방적공정으로개발, 제조되었음을짐작할수있다. 3.5 Cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사적용직물염색포의견뢰도 Table 5는 F/100 의 cyclone wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물에대하여 Unilan 시리즈 함금속산성염료를각각이용한삼원색염색포및혼합염료를이용한 dark grey 염색포에대한세탁견뢰도, 드라이클리닝견뢰도, 마찰견뢰도및물견뢰도의염색견뢰도특성을 F/100 sirofil wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물염색포와비교하여나타낸것이다. cyclone 염색직물은삼원색단일염료염색및복합염료염색시에도기존 sirofil 적용소재와비슷하게전체적으로 4급이상의양호한견뢰도특성을보이고있다. Cyclone wool/polyester 혼섬사적용 wool 복합직물의경우 polyester filament 부분이대부분 wool 단섬유내에편재되어있으므로삼원색의각단일산성염료염색시뿐만아니라 dark grey 의산성염료혼합염색시에도표면염색균일성확보와동시에 sirofil wool/polyester 혼섬사적용 wool 복합직물에버금가는실용적염색품질수준을나타내는것으로보인다. 3.6 Cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사적용직물염색포의물성 Table 6은신규 F/80 및 F/100 cyclone wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물의물성수준을기존 sirofil wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물과비교하여나타낸것으로서, 혼합함금속산성염료를사용하여 dark grey 색상으로염색한각염색직물들의실용성을검토하기위하여필링성, 세탁치수 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

37 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 89 Table 6. Physical properties of the cyclone and sirofil wool/polyester blend fabrics dyed with metal-complex acid dyes Properties F/80 Cyclone W/P F/100 Cyclone W/P F/100 Sirofil W/P Pilling(grade) Dimensional change in washing(%) Breaking strength(n) Abrasion resistance(grade) Warp Weft Warp Weft over 10,000 over 10,000 over 10,000 변화율, 인장강도및마모강도에대한물성특성을조사하였다. 세탁치수변화율의경우 F/80 cyclone 적용직물의경, 위사치수변화율은각각 -2.0%, -4.0% 로서보다세번수의 F/100 cyclone 적용직물 -1.0%, -3.5% 보다세탁치수축소현상이약간증가되는경향을보이고있다. 또한 F/100 sirofil 적용직물보다 F/100 cyclone 적용직물의세탁치수축소경향이경사방향으로조금증가되고있다. 그러나이러한차이는미미한수준으로서세탁치수변화율의경우전체적으로 -1.0~-4.0% 수준의축소현상을보이나이는 ±5% 이내의실용적수준의안정적인치수변화율임을알수있다. 신규 cyclone wool/polyester 방적사적용소재의강도와연계된물성을조사한결과, 우선필링성의경우기존 sirofil 적용염색직물소재와비슷한 4급이상의양호한결과를보이고있으며, 마모강도의경우도마틴데일법에의거한실험에서하중 595g 에서실 2가닥이끊어질때의시험편파괴점이 cyclone 및 sirofil 적용직물모두 10,000 회이상으로우수한마모강도특성을보인다. 염색포들의인장강도의경우 F/100 의 cyclone 적용 직물의경, 위사인장강도는각각 290N,160N 으로서, 기존 sirofil 적용직물의경, 위사인장강도 270N, 170N 과비슷한인장강도수준을보이고있으며, F/80 의다소굵은 cyclone 방적원사적용직물은보다세번수의 F/100 cyclone 방적원사적용직물보다인장강도가당연한패턴으로다소증가됨을일수있다. 이로서신규 cyclone 방적사적용소재의물성이전체적으로안정적인경향을나타내어염색특성과연계하여실용적으로전개가능한것으로판단된다. 3.7 Cyclone 및 sirofil wool/polyester 혼섬사적용직물염색포의태특성 Table 7은 F/100 의 cyclone wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물염색포와기존 F/100 sirofil wool/polyester 혼섬방적사적용 wool 복합직물염색포에대하여 KES-FB system 을이용한 Kawabata 태측정결과를나타낸것이다. F/100 cyclone wool/ polyester 혼섬방적사적용한양모복합염색직물의경우는 F/100 sirofil wool/polyester 혼섬방적사적용한양모복합염색직물보다뻣뻣한 Koshi 값은낮으면서부드로운감촉의 Sofutosa 와매끄러운감촉의 Table 7. Hand value and Total hand value properties of cyclone and sirofil wool/polyester blend fabrics dyed with metal-complex acid dyes Properties F/100 Cyclone W/P F/100 Sirofil W/P Hand Value (KN-201-MDY) Koshi Numeri Sofutosa Total Hand Value (KN-301-WINTER) Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

38 90 김미경 김동권 정재석 장봉식 Numeri 등의부드러운감성과연계된감각적특성치 (H.V) 값이더욱우수하게나타나고있으며, 종합태 (T.H.V) 값도 sirofil 적용한직물보다높아더욱우수한 handle 특성을보이고있다. 이로서 cyclone wool/polyester 혼섬방적사의경우 polyester filament 가 wool 단섬유내부에비교적골고루산재되므로이를적용한 wool 복합직물의경우는, 기존의 polyester filament 가한쪽에편재되어다소뻣뻣한느낌을내는 sirofil wool/polyester 방적사적용소재보다는더욱부드러운감촉을확보할수있는것으로보인다. 4. 결론 본연구에서는천연섬유 / 합성섬유혼섬시방적제품의감촉향상과세번수적용을위해최근개발되고있는공기분사전기방적기술을이용하여 wool/polyester 혼섬사개발적용시, polyester 장섬유의전도성조제전처리조건에따른전도성부여효과와발생전압조건이분섬화에미치는영향을조사하였다. 또한공기분사전기방적기술을이용하여제조된 cyclone wool/polyester 혼섬방적사및이를경사로적용한 wool 복합직물에대한물성및염색성을기존 sirofil 방적사직물과비교검토한결과다음과같은결론을얻었다. 1. 공기분사전기방적분섬노즐부 ( 전기튜브 ) 통과이전에 polyester 섬유에전도성부여위한전도성물질전처리공정시, 전도성조제로서비이온성의대전방지제를 20%soln. 이상처리한경우전기저항성이가장낮게나타나 polyester 장섬유에양호한전도성을부여할수있었다. 2. 분섬노즐부에서발생하는전압에따른 polyester filament 의분섬거리는전압이높아질수록 polyester filament 가더욱분섬화되어분섬되는필라멘트간의거리및 wool/polyester 의장 / 단섬유분포율이증가하였으며, polyester filament 의최적분섬위한발생전압은 8,000volt 수준이적정하였다. 3. 신규방적공정의 cyclone wool/polyester 혼섬방적사와기존 sirofil wool/polyester 혼섬방적사의인장강신도는비슷한수치를보였고, 치수변화 율은 -0.4% 로치수안정성이우수하였다. 그리고균제도도 12% 내외수준으로양호하였다. 4. F/100 cyclone wool/polyester 혼섬사적용 wool 복합직물의염착곡선통한삼원색함금속산성염료염색성은기존 sirofil wool/polyester 혼섬사적용 wool 직물의염착경향성과비슷하였으며, 실제육안색상에서는전체적으로큰차이없이균염성있게염색되었다. 5. Cyclone wool/polyester 혼섬사적용염색직물의견뢰도는 sirofil wool/polyester 혼섬사적용염색직물과비슷한 4급수준의양호한견뢰도를나타내었다. 또한 cyclone wool/polyester 적용직물의세탁치수변화율은전체적으로 -4.0% 이내로비교적안정적이었고, 필링성은 4급이상, 마모강도는 10,000 회이상및인장강도는경, 위사 290N, 160N 이상으로기존 sirofil wool/polyester 적용소재와비슷한실용적인물성수준을보였다. 6. 감각적특성치에서 cyclone wool/polyester 혼섬사적용염색직물은 sirofil wool/polyester 혼섬사적용염색직물보다 Koshi 값은다소낮고 Sofutosa 와 Numeri 값은더욱높게나타났으며, cyclone 적용염색직물의종합태값은 3.27 로서 sirofil 적용염색직물의 2.21 보다높게나타나더욱부드러운촉감의 handle 특성을보였다. 감사의글 본연구는글로벌전문기술개발사업 ( 섬유스트림 ) 의연구비지원으로수행되었으며, 이에감사드립니다. References 1. X. Wu, F. Wang, and S. Wang, Properties of Wool/PET Composite Yarns, Textile Research J., 73(4), 305(2003). 2. M. S. Park, The Mechanical Properties of New Worsted Wool-like Fabrics Using Latent Yarns, Textile Coloration and Finishing, 23(4), 223(2011). 3. S. Y. Lee, J. J. Yoo, O. G. Choi, S. W. Lee, and S. G. Lee, Effect of Air-jet Texturing Conditions on the Physical Properties of Low Melting Polyester/Tencel Composite Yarn, Textile Coloration and Finishing, 25(1), 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

39 공기분사전기방적기술 (Cyclone) 을이용한 Wool/Polyester 혼섬사소재의물성및염색성 91 47(2013). 4. Y. Huh, Y. Ryul, and W. Y. Ryu, A Study on the Fiber Migration in Ring Spun Yarns(II), Textile Science and Engineering, 41(4), 237(2004). 5. S. J. Kim and G. J. Jung, Effect of the Projectile and the Air-jet Weaving Machine Characteristics on the Physical Properties of Worsted Fabrics for Garment(I), J. of the Korean Society for Clothing Industry, 7(1), 101(2005). 6. S. Y. Lee, J. J. Yoo, Y. K. Hong, S. W. Lee, and S. G. Lee, Preparation and Properties of Sirofil Yarn from Low Melting Polyester and Tencel, Textile Science and Engineering, 49(2), 112(2012). 7. H. A. Kim, H. Son, and S. J. Kim, Effect of Hybrid Yarn Structure Composed of PP/Tencel/Quick Dry PET on the Physical Property of Fabric for High Emotional Garment, Fashion and Textile Research J., 17(3), 462(2015). 8. C. I. Su and J. Y. Jiang, Fine Count Yarn Spun with a High Draft Ratio, Textile Research J., 74(2), 123(2004). 9. B. J. Shim and K. J. Lee, Effects of Summer Suits on Physiological Reaction of Males, J. of the Korean Society of Living Environmental System, 1(2), 139(1994). 10. K. H. Hong, Preparation of Rayon Filament based Woven Fabric and PCM Treatment for Developing Cool Touch Summer Clothing Material, Fashion and Textile Research J., 16(2), 326(2014). 11. J. H. He, Application of Sirofil Technology to Electrospinning, J. of Polymer Engineering, 28(2), 119(2008) spinning-methods/openend-spinning-processes/electrostatic-spinning, G. T. Jou, G. C. East, C. A. Lawrence, and W. Oxenham, The Physical Properties of Composite Yarns Produced by an Electrostatic Filament-Charging Method, The J. of the Textile Institute, 87(1), 78(1996). 14. M. Junling, Q. Hua, and G. Mingqiao, Influence of Cyclone Setting on Yarn Properties, J. of Textile Research, 30(11), 43(2009). 15. M. A. Naeem, W. Yu, Y. H. Zheng, and Y. He, Structure and Spinning of Composite Yarn Based on the Multifilament Spreading Method Using a Modified Ring Frame, Textile Research J., 84(19), 2074(2014). 16. J. S. Jeong, Korea Pat (2016) Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

40 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술학술 ) 폴리피롤코팅직물의성질에미치는폴리피롤함량의영향 Effect of Coated Polypyrrole Content on the Properties of Polypyrrole Coated Fabrics *Corresponding author Han-Do Kim kimhd@pusan.ac.kr 손성호, 이영희, 이동진 1, 김성열 2, 김한도 * 부산대학교유기소재시스템공학과, 1 한국신발피혁연구원, 2 경북대학교기계공학부 Seong-Ho Son, Young-Hee Lee, Dong-Jin Lee 1, Sung Yeol Kim 2 and Han-Do Kim* Department of Organic Material Science and Engineering, Pusan National University, Busan, Korea 1 Korea Institute of Footwear and Leather Technology, Busan, Korea 2 School of Mechanical Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea Received_May 23, 2016 Revised_June 15, 2016 Accepted_June 22, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/ c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract To chemically prepare polypyrrole(ppy) coated fabrics(silk, cotton and nylon fabrics), the fabrics were first soaked in 0.4M oxidant FeCl3/0.06M dopant anthraquinone- 2-sulfonic acid solution for 5min at room temperature, and subsequently soaked in a 0.4M monomer pyrrole aqueous solution for 5min at room temperature. The content(wt%) of coated ppy in the coated fabrics was controlled by the number of treatments(these two steps). This study examined the effect of the number of treatments/ppy content on the sheet resistance, mechanical/bending properties and color behaviors of ppy coated fabrics. The coated ppy content, sheet resistance(ω/square) and color strength(k/s) of ppy coated fabrics increased sharply with increasing number of treatments up to 20 times, while the increase slowed down afterward. The tensile strength, elongation at break and lightness(l*) decreased with increasing number of treatments. The tensile modulus and bending rigidity of coated fabrics increased significantly with increasing number of treatments/coated ppy content. This indicated that the flexibility of coated fabrics decreased considerably. Keywords conducting polymer, polypyrrole, coating, textile substrate, sheet resistance 1. 서론 일반적으로전기전도성섬유소재는주로대전방지 / 정전기방지, 전자파차폐, 마이크로파감쇠, 저항가열식소재및신호전달소재등으로이용되고있다. 기존의전기전도성소재는금속소재를섬유형태로가늘게만들어이용하였다. 그러나섬유형태의금속소재는전기전도성은우수한장점이있지만유연성이부족하여소재의활용에문제점이있었다. 전도성고분자는상대적으로높은이론적인커패서티, 고유의빠른산화-환원전환, 양호한전도도, 기계 적인유연성및가벼운특성등으로유연한전극에특히관심을받는소재이다 1-3). 그런데폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리에틸렌디옥시티오펜및폴리티오펜과같은대표적으로우수한전도성고분자는용매에용해가되질않기때문에섬유소재로적용하기는어려운문제점이있다. 전기전도성고분자를직물및실에코팅하여낮은표면저항을지닌유연한구조의섬유소재를얻을수있다. 따라서여러가지형태의섬유기질재에이들전도성고분자를도입하여활용하는많은연구가이루어져왔다. 전도성고분자중에서폴리피롤은합성이용이하 92

41 폴리피롤코팅직물의성질에미치는폴리피롤함량의영향 93 고, 안정성이우수하고전도성이높아서전도성섬유소재를제조하는데가장잘활용되는물질이다 4-6). 이러한전도성섬유소재의전기전도도는반응물의농도와합성조건에따라서다르지만, 반도체와높은전도체사이정도이며, 금속에비하면 10-4 배정도의수준에달한다. 유연한전자제품및착용하기에적합한 / 신축성의전자제품과같은다양한분야에서휴대용전자장치의수요가급증하게되므로값싸고유연하며, 가벼운에너지저장장치 ( 밧데리및슈퍼캐패시터 ) 의수요가급증하게되었다 7-14). 이러한수요급증의결과로기존의밧데리및슈퍼캐패시터에사용되는전극소재를대체할수있는새로운유연한전극소재의개발에대한많은노력이경주되어왔다. 전도성고분자의높은전도도와다양한구조로변화될수있는직물의유연성의결합은센서 9,15-18), 온열직물 19,20), 전자기차폐 21,22), 마이크로파의흡수 23,24) 및지능텍스타일 25) 등의많은분야에서응용가능성이제안된다. 전도성고분자의코팅은면, 양모, 나일론및폴리에스터와같은여러가지섬유에실행되어왔다. 코팅테크닉에는섬유 ( 실혹은직물 ) 의존재하에서헤테로고리단량체의 in situ 화학적중합방법이자주이용된다. 섬유에대한화학적중합에서는섬유를먼저산화개시제에노출시킨다음에단량체및도핑제에노출시켜중합반응이일어나게한다. 반응은용액및기질섬유의표면에서단량체의산화에의하여라디칼카치온으로개시되어이량체 ( 다이머 ) 가형성되고이러한반응의연속으로불용성의올리고머및폴리머가만들어진다. 일반적으로전도성고분자는도핑에의하여전도도를크게향상시킬수있으므로이러한물질을유연한기질에직접코팅한다면전원의구조를크게단순화시키며가격을줄일수있을것이고전극및집전장치로사용할수있을것이다. 폴리피롤코팅직물에대한연구는응용에관한연구가주류를이루고있다. 그러나강직성이높은폴리피롤이직물에코팅처리되면직물의유연성이저하됨과동시에처리횟수에따라서강신도의감소가초래되며직물의색상도변화될것이다. 그런데이러한처리횟수및코팅된폴리피롤의함량에따른코팅직물의유연성의변화, 인장강도 / 탄성율의변화, 파단신도의변 화및색의변화에관한연구를찾아보기어렵다. 따라서본연구에서는처리횟수및코팅된폴리피롤의함량에따른코팅직물의인장강도 / 탄성율의변화및파단신도의변화, 굽힘강성의변화및색상변화를조사하였다. 폴리피롤 (ppy) 을견, 면및나일론직물에효과적으로코팅하기위하여 2단계처리즉산화개시제 0.4MFeCl3/dopant0.06Manthraquinone-2-sulfonicacid 수용액에실온에서 5분동안침지처리한후직물을꺼내어 0.4M 피롤단량체수용액에실온에서 5분동안침지처리를하였다. 이러한공정을반복처리하여처리횟수가코팅된폴리피롤의함량의증가에미치는영향을조사하고, 코팅된폴리피롤의함량에따른시트저항의변화, 코팅직물의기계적물성 ( 인장강도 / 탄성율및파괴신도 ) 의변화, 굽힘강성의변화및색특성의변화에대한연구를수행하여유연한전기전도성소재개발및그들의응용을위한기초연구를수행하였다. 2. 실험 2.1 시료및시약 시료본연구에서는 ISO 105-F06, F02 및 F03에규정된견, 면및나일론직물을고온의증류수에세척한후사용하였으며, 크기가 20cm 20cm 인시료를사용하였다 시약모노머로피롤 (pyrrol, 98%, Aldrich Chemical, Milwaukee, WI), 도펀트로 antraquinone-2-sulfonic acid sodium salt(aqsa-na, 97%, Aldrich Chemical, Milwaukee, WI) 및산화제로염화철 [Iron(Ⅲ)chloride hexahydrate, FeCl3 6H2O, 98%, Junsei Chemical) 을정제없이그대로사용하였다. 2.2 실험방법 직물에대한폴리피롤코팅처리증류수 2L에도펀트 (AQSA, 39.39g) 을 60 에서용해시킨후실온으로식힌후이용액에산화제 (FeCl3 6H2O, g) 를첨가하여 500rpm 으로실온에서 5분동안교반한후에산화제 / 도펀트수용액 ( 산화제 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

42 94 손성호 이영희 이동진 김성열 김한도 / 도펀트 : 0.4M/0.06M) 으로사용하였으며, 단량체피롤 (53.67g) 을 2L의증류수에용해시키어단량체피롤수용액 (0.4M) 을만들어사용하였다. 직물 ( 견, 면및나일론직물 ) 에피롤이효과적으로중합 / 코팅되게하기위하여다음과같은 2단계방법을사용하였다 26). 즉세정된직물 ( 견, 면및나일론직물, 20cm 20cm) 을먼저산화제 / 도펀트수용액에실온에서 5분동안침지하여직물이산화제 / 도펀트수용액을충분히흡수하게한후, 산화제 / 도펀트수용액를흡수한직물을꺼내어흡수한용액이흘러내리는것이멈출때까지상온에서방치 ( 약 5분이내 ) 하였다 (1단계 ). 그리고직물을단량체피롤 0.4M 수용액 2L에실온에서 5분동안침지하여피롤이직물의섬유간및표면에서중합되게하여직물에 ppy층을형성시키고, 직물을꺼내어실온에서 5분동안방치한후증류수로헹군후에상온에서건조시켰다 (2단계 ). 여기서모노머, 도펀트및산화제의몰비는 1:0.15:1 로일정하게조절하였다. 이러한 1과 2단계를 4-40 회까지반복하여반복한횟수에따라서코팅된 ppy의함량 (wt%) 을식 (1) 을이용하여측정하였다. ppy content(wt%) = (1) Weight of coated polypyrrole Weight of polypyrrole coated fabric 인장특성측정 KSK 0521( 텍스타일 -천의인장성질- 인장강도및신도측정 : 스트립법 ) 규격에따라미처리직물과처리횟수에따른직물의강신도변화를알아보기위하여 universal testing machine(dwu 2100A, Dongwon SM, Korea) 을사용하여인장강신도를측정하였다. 직물의길이방향으로실온에서 20mm/min 의속도로측정하였으며 5회평균값을사용하였다 굽힘강성측정굽힘강성은 KES-FB 02(Kawabata evaluation system, Japan) 를사용하여실온에서 50mm 50mm 의시료크기에서측정하였다. 결과값은 5번의시험을통해얻은평균값을사용하였다 색특성측정색특성인 CIE L* 를측정하기위하여 D65광원과 10 관찰자시야각의조건에서 computercolormatching (CCM, Gretag Macbeth Color-Eye 7000A, software: Propalette, USA) 을사용하였으며, 겉보기색강도인 K/S는 λmax(440nm) 에서시료의표면반사율을측정하여 Kubelka Munk 식 (3) 으로계산하였다. K/S=(1-R) 2 /2R (3) 시트저항측정 4-point probe 방법은직물의시트저항을측정하는표준테크닉이다. 본연구에서시트저항 (sheet resistance: Rs) 을측정하기위하여 4-point probe method(electric conductivity, CMT-100 MP, Advanced Instrument Technology, Korea) 를사용하였다. 시트저항 Rs는식 (2) 으로계산하였다. Rs = R CF (2) where R = V/I R: Resistance V: Voltage I: Current CF: Correlation factor where K: Absorption coefficient S: Scattering coefficient R: Reflectance 3. 결과및고찰 3.1 처리횟수가코팅된폴리피롤함량에미치는영향폴리피롤의중합은피롤단량체의산화에의한라디칼 / 양이온형성을통하여이루어지며, 점차적으로이량체, 삼량체, 올리고머및도핑된폴리머가형성된다 (Scheme 1). 폴리피롤을견, 면및나일론직물에효과적으로코팅하기위하여 2단계처리즉산화개시제 0.4M FeCl3/ dopant 0.06M anthraquinone-2-sulfonic acid 수용액에실온에서 5분동안침지처리한후직물을꺼 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

43 폴리피롤코팅직물의성질에미치는폴리피롤함량의영향 95 내어 0.4M 피롤단량체수용액에실온에서 5분동안침지처리를하였다. 이러한공정을반복처리하여처리횟수가코팅된폴리피롤함량의증가에미치는영향을 Table 1 및 Figure 1에나타내었다. 처리횟수가증가함에따라서코팅된폴리피롤의함량이증가하는경향을보였으나, 약 20회까지는폴리피롤의증가가거의직선적으로급격하게일어나며코팅된폴리피롤의함량이 53-59wt% 에도달하고, 그이후에는대체로증가가둔화되는경향을보였다. 40 회처리한결과코팅된폴리피롤의함량은약 64-70wt% 인것으로나타났다. 이러한경향은 20회이후폴리피롤층이두꺼워짐에따라서코팅된폴리피롤의탈리가급격히증가한때문인것으로생각되었다. 3.2 처리횟수 / 코팅된폴리피롤층의함량이시트저항에미치는영향처리횟수 / 코팅된폴리피롤의함량에따른시트저항을 Table 1 및 Figure 2에나타내었다. 미처리견, 면및나일론직물은전형적인부도체로서시트저항이 Ω/square 정도로알려져있다. 처리횟수가증가함에따라서시트저항은급격히저하하여, 20 회처리 ( 폴리피롤코팅층의함량 : 53-59wt%) 에서시트저항은 7-15Ω/square 로감소하고, 40회처리 ( 폴리피롤코팅층의함량 : 64-70wt%) 에서 6-10Ω/square 정도인것을알수있었다. Scheme 1. Schematic representation of dopped polypyrrole formation with FeCl3 and anthraquinone-2-sulfonic acid on fabric surface. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

44 96 손성호 이영희 이동진 김성열 김한도 Table 1. The effect of the number of treatments on the ppy content(wt%), sheet resistance, bending rigidity and colorimetric data Fabric Number of Treatment ppy Content (wt%) Sheet Resistance (Ω/square) Modulus at 2% Strain (MPa) Bending Rigidity (mn cm 2 /cm) Colorimetric Data L* K/S Silk Cotton Nylon 처리횟수가기계적성질에미치는영향 폴리피롤코팅처리직물의처리횟수에따른인장탄성률을 Table 1에나타내었으며, 응력-변형률관계 곡선을 Figure 3에나타내었다. 처리횟수가증가함에따라인장강도와파단신도는급격히감소하는반면, 초기탄성율은상당히증가하는경향을나타내었다. 일반 Figure 1. The relationship between ppy content [(weight of polypyrrole/weight of fabrics) x 100)] and number of treatments(soaking in 0.4M FeCl3+0.04M AQSA(dopant) aq. solution/soaking in 0.4M pyrrole aq. solution) of fabrics. Figure 2. Relationship between sheet resistance of polypyrrole coated fabrics and number of treatments of fabrics. 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

45 폴리피롤코팅직물의성질에미치는폴리피롤함량의영향 97 적으로응력-변형률곡선에서초기직선부분의기울기 ( 탄성률 ) 로서변형에대한저항성의정도즉강직성의정도 (1/ 유동성 ) 을나타낸다. 즉직물에대한피롤처리횟수가증가함에따라서코팅된공액이중결합구조를지닌강직한폴리피롤층의함량이증가하고, 이에따라서직물의유연성은저하한것이라생각된다. 3.4 처리횟수가굽힘강성에미치는영향폴리피롤코팅처리직물의처리횟수에따른유연성의변화를알아보기위하여단위길이의물체를단위곡률만큼휘는데필요한굽힘모멘트를말하는굽힘강성 (bending rigidity) 의변화를조사하였다. 처리횟수에따른굽힘강성의변화를 Figure 4에나타내었다. 처리횟수의증가 / 코팅층의함량의증가에따라서굽힘강성은급격히증가하는것을알수있었다. 그리고굽힘강성의증가는면 > 나일론 > 실크순으로약간증가하는것을알수있었다. 이러한순서는아마도미처리섬유고유의유연성에차이가있기때문으로생각되며, 코팅층이증가하면서이러한차이가현저히증가한다는것을알수있었다. 3.5 처리횟수가색특성에미치는영향폴리피롤코팅처리직물의처리횟수가색특성에미치는영향을고찰하기위하여 CIE Lab 중명도 (lightness) L* 값과겉보기색강도 K/S 값을측정하였다. 검정색인폴리피롤코팅처리직물의처리횟수에따른명도 L* 의변화를 Figure 5에나타내었다. 미처리견 / 면 / 나일론직물의명도값은백색에가까운값 82.51/85.56/85.95 을나타내었다. 처리횟수가증가함에따라서명도가급격히감소한후아주작은감소를나타내었다. 처리횟수가 4회일때 ppy 코팅처리한견 / 면 / 나일론직물의명도는 23.18/11.85/10.69 로겉보기로검정색에가까운것으로나타났다. 처리횟수가 20회일때견 / 면 / 나일론직물의명도는 8.75/5.50/5.27 로써심도가아주높은검정색을띄는것을알수있었다. 처리횟수가 40회에서는 20회에비교하여명도가약간낮아졌다. 섬유의종류에따라서명도는약간의차이를나타내었으나, 그다지의미있는차이라고말할수는없었다. Figure 3. Stress-strain curves of polypyrrole coated fabrics; (a) silk, (b) cotton and (c) nylon. The number indicates the number of treatments. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

46 98 손성호 이영희 이동진 김성열 김한도 Figure 4. Relationship between bending rigidity of polypyrrole coated fabrics and number of treatments of fabrics. 폴리피롤코팅처리직물의처리횟수에따른겉보기색강도인 K/S 값의변화를 Figure 6에나타내었다. 처리횟수가 20회까지는 K/S 값이급격히증가하다가그이후에는증가폭이줄어드는것을알수있었다. 미처리견 / 면 / 나일론직물의 K/S 값은 0.15/0.11/0.10 이었으며, 20회처리한견 / 면 / 나일론직물의 K/S 값은 65.69/69.35/73.70 이었다. 처리횟수가증가함에따라서앞서고찰한코팅된폴리피롤의함량이증가하는것과 K/S 값의증가하는경향은거의같은결과를나타내었다. 그런데섬유의종류에따라서 K/S 값이약간의차이를나타내는것을알수있었다. 이는아마도섬유고분자와폴리피롤분자간의극성및수소결합과같은분자간상호작용의차이와직물구조의차이로코팅된 ppy의함량의차이를야기하기때문에나타난결과라생각된다. 4. 결론 Figure 5. Relationship between L* of polypyrrole coated fabrics and number of treatments of fabrics. Figure 6. Relationship between K/S value of polypyrrole coated fabrics and number of treatments of fabrics. 우수한전도성과색특성을지닌폴리피롤이코팅된견, 면및나일론직물을효과적으로얻기위하여 2단계처리즉산화개시제 0.4M FeCl3/dopant 0.06M anthraquinone-2- sulfonic acid 수용액에실온에서 5분동안침지처리한후 0.4M 피롤단량체수용액에실온에서 5분동안침지처리하였다. 이러한처리 (2단계처리 ) 공정을반복하여처리횟수가코팅된폴리피롤의함량의증가에미치는영향을조사하였으며, 코팅된폴리피롤의함량에따른시트저항의변화, 코팅직물의기계적물성 ( 인장강도 / 탄성율및파괴신도 ) 의변화, 굽힘강성의변화및색특성 (L*, K/S) 의변화를조사하였다. 처리횟수가약 20회까지는처리횟수의증가에따라서코팅된폴리피롤의함량이거의직선적으로급격히증가하지만그이후부터 40회까지는서서히증가함을알수있었다. 처리횟수가증가함에따라서시트저항은급격히저하하여, 약 20회처리 ( 폴리피롤코팅층의함량 : 53-59wt%) 에서시트저항은 7-15Ω/square 로감소하고, 약 40회처리 ( 폴리피롤코팅층의함량 : 64-70wt%) 에서 6-10Ω/square 정도인것을알수있었다. 처리횟수의증가에따라서인장강도및신도가감소하며, 인장탄성율및굽힘강성은급격히증가하는것을알수있었다. 처리횟수의증가에따른직물 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

47 폴리피롤코팅직물의성질에미치는폴리피롤함량의영향 99 의인장탄성율및굽힘강성의증가로부터직물의유연성이상당히크게저하된다는사실을알수있었다. 그리고처리횟수의증가에따라서코팅직물의색특성중명도 L* 값은감소하여진한검정색으로변하며, 색강도 K/S 값은크게증가하는것을알수있었다. 감사의글 이논문은부산대학교기본연구지원사업 (2년) 에의하여연구되었음. References 1. G. A. Snook, P. Kao, and A. S. Best, Conducting-Polymer-Based Supercapacitor Devices and Electrodes, J. Power Sources, 196, 1(2011). 2. R. Ramya, R. Sivasubramanian, and M. V. Sangaranarayanan, Conducting Polymers-Based Electrochemical Supercapacitors-Progress and Prospects, Electrochim. Acta, 101, 109(2013). 3. L. Pan, H. Qiu, C. Dou, Y. Li, L. Pu, J. Xu, and Y. Shi, Conducting Polymer Nanostructures: Template Synthesis and Applications in Energy Storage, Int. J. Mol. Sci., 11, 2636(2010). 4. B. Kim, V. Koncar, and E. Devaux, Electrical Properties of Conductive Polymers: PET-Nanocomposites Fibers, AUTEX Research J., 4(1), 9(2004). 5. C. D. Pina, E. Falletta, and M. Rossi, Conductive Materials by Metal Catalyzed Polymerization, Catal. Today, 160, 11(2011). 6. M. Omastova and M. Micusik, Polypyrrole Coating of Inorganic and Organic Materials by Chemical Oxidative Polymerisation, Chemical Papers, 66, 392(2012). 7. G. G. Wallace, D. D. Rossi, Y. Wu, K. T. Lau, and S. Coyle, Smart Nanotextiles: A Review of Materials and Applications, MRS Bull., 434, 32(2007). 8. B. S. Shim, W. Chen, C. Doty, C. Xu, and N. A. Kotov, Smart Electronic Yarns and Wearable Fabrics for Human Biomonitoring made by Carbon Nanotube Coating with Polyelectrolytes, Nano Lett., 8(12), 4151(2008). 9. F. Carpi and D. D. Rossi, Electroactive Polymer-Based Devices for E-Textiles in Biomedicine, IEEE Trans. Inf. Technol. Biomed., 9(3), 295(2005). 10. M. Hamedi, R. Forchheimer, and O. Inganas, Towards Woven Logic from Organic Electronic Fibres, Nat. Mater., 6, 357(2007). 11. A. Lymberis and A. Dittmar, Advanced Wearable Health Systems and Applications, IEEE Eng. Med. Biol. Mag., 26(3), 29(2007). 12. C. Y. Wang, A. M. Ballantyne, S. B. Hall, C. O. Too, D. L. Officer, and G. G. Wallace, Functionalized Polythiophene-Coated Textile: A New Anode Material for a Flexible Battery, J. Power Sources., 156, 610(2006). 13. S. H. Cho, J. S. Joo, B. R. Jung, T. M. Ha, and J. Y. Lee, PET Fabric/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Composite as Polymer Electrode in Redox Supercapacitor, Macromol. Res., 17(10), 746(2009). 14. C. Y. Wang, G. Tsekouras, P. Wagner, S. Gambhir, C. O. Too, D. Officer, and G. G. Wallace, Functionalised Polyterthiophenes as Anode Materials in Polymer/Polymer Batteries, Synth. Met., 160, 76(2010). 15. P. Xue, X. M. Tao, and H. Y. Tsang, In Situ SEM Studies on Strain Sensing Mechanisms of PPy-Coated Electrically Conducting Fabrics, Appl. Surf. Sci., 253, 3387 (2007). 16. X. Xue, X. M. Tao, M. Y. Leung, and H. Zang, Wearable Electronics and Photonics, Woodhead Publishing Co., UK, pp , Y. Li, X. Y. Cheng, M. Y. Leung, J. Tsang, X. M. Tao, and M. C. W. Yuen, A Flexible Strain Sensor from Polypyrrole-Coated Fabrics, Synth. Met., 155, 89(2005). 18. D. Kincal, A. Kumar, A. D. Child, and J. R. Reynolds, Conductivity Switching in Polypyrrole-Coated Textile Fabrics as Gas Sensors, Synth. Met., 92, 53(1998). 19. A. C. Sparavigna, L. Florio, J. Avloni, and A. Henn, Polypyrrole Coated PET Fabrics for Thermal Applications, Materials Sciences and Application, 1, 253(2010). 20. E. Hakansson, A. Kaynak, T. Lin, S. Nahavandi, T. Jones, and E. Hu, Characterization of Conducting Polymer Coated Synthetic Fabrics for Heat Generation, Synth. Met., 144, 21(2004). 21. J. Avloni, M. Ouyang, L. Florio, A. R. Henn, and A. C. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

48 100 손성호 이영희 이동진 김성열 김한도 Sparavigna, Shielding Effectiveness Evaluation of Metallized and Polypyrrole-Coated Fabrics, J. of Thermoplastic Composite Materials, 20, 241(2007). 22. J. Avloni, R. Lau, M. Ouyang, L. Florio, A. R. Henn, and A. C. Sparavigna, Polypyrrole-coated Nonwovens for Electromagnetic Shielding, J. of Industrial Textiles, 38(1), 55(2008). 23. H. H. Kuhn, A. D. Child, and W. C. Kimbrell, Toward Real Applications of Conductive Polymers, Synth. Met., 71, 2139(1995). 24. A. Kaynak, Aging Studies on Conducting Polypyrrole, Fibers and Polymers, 2(4), 171(2001). 25. K. Kukkonen, T. Vuorela, J. Rantanen, O. Ryynanen, A. Siili, and J. Vanhala, The Design and Implementation of Electrically Heated Clothing, Proceedings of the International Symposium on Wearable Computers, p.180, S. Y. Kim, J. K. Hong, and G. T. R. Palmore, Polypyrrole Decorated Cellulose for Energy Storage Applications, Synth. Met., 162, 1478(2012). 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

49 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술학술 ) 압출성형기를이용한나노복합재필름의특성분석 Characteristics Analysis of Nano-composites Films Using Extruder *Corresponding author Jeong-Hyun Yeum jhyeum@knu.ac.kr 권일준, 박성민 1, 유성훈, 염정현 * 경북대학교기능물질공학과, 1 다이텍연구원 Il-Jun Kwon, Sung-Min Park 1, Sung-Hun Yoo and Jeong-Hyun Yeum* Department of Advanced Organic Materials Science and Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea 1 Korea Dyeing and Finishing Technology Institute, Daegu, Korea Received_May 27, 2016 Revised_June 14, 2016 Accepted_June 21, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/ c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Polypropylene(PP)/multiwalled carbon nanotubes(mwcnt) nanocomposites films and PP/poly(vinyl alcohol)/cnt nanocomposites films were prepared through melt mixing method by the extruder. The PP/CNT nanocomposites films, which contain CNT of a variable content, were prepared for the first time and research on a appropriate content of the CNT on the PP/CNT nanocomposites films was conducted. The effects of take-up speed of the extruder on the mechanical and chemical properties of the PP/CNT and PP/PVA/CNT nanocomposites film were studied. Field emission scanning electron microscope(fe-sem) was used to examine the surface morphology and the DSC measurement and tensile test were conducted. It was found that the properties decreased when takeup speed was increased. Keywords polypropylene, multiwalled carbon nanotube, melt mixing method, extruder, nanocomposites films 1. 서론 범용성고분자인폴리프로필렌 (polypropylene, PP) 은플라스틱과섬유로사용할수있고, 그사용용도가매우많은고분자이다. 폴리프로필렌은폴리에틸렌과같이대단히성형성이좋은재료이며강력한특성때문에열가소성고분자를매트릭스수지로사용한복합재료개발이활발하게진행중이다. 열가소성고분자복합재료는기본적으로기존열경화성고분자복합재료대체가가능하다. 현재열경화성고분자복합재료는항공기부품, 경주용자동차부품등의고강도가요구되는분야와골프채, 낚시대, 배드민턴라켓, 자전거프레임등스포츠분야에주로이용되고있다. 열경화성고분자복합재료는성형시간, 재활용문제, 대량생산에기술적한계가있어보다다양한분야에대한응 용에한계가있어왔다. 이러한단점을극복할수있는것이열가소성고분자복합재료이며, 반복열성형가능, 짧은성형사이클, 대량생산, VOC free, 재활용등기존열경화성고분자복합재료가가지지못한장점들을가지고있다. 따라서이런장점들을바탕으로금속대체경량자동차부품등으로열가소성복합재료응용분야가빠르게넓어질것으로예상된다. 일반적으로열가소성수지는용융점도가매우높으며특히내열성이나기계적강도가높은고분자수지일수록분자량이크고용융점도가높아함침시균일하게수지가함침되지않고섬유사이에기포가그대로혼입되어복합재료의물성을저하시키며표면도매끈하게제조하기어렵다. 이에섬유상수지함침성향상및내열성향상등의연구목적으로탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT, 이하 CNT) 함침연구가진행중이다 1-3, 26). 101

50 102 권일준 박성민 유성훈 염정현 CNT는원기둥모양의나노구조를지니는탄소의동소체이다. 길이와지름의비율이 132,000,000:1 에이르는나노튜브도만들어졌는데, 이는지금까지알려진물질중가장높은값이다. CNT 자체의물성은지금까지알려진물질중에가장우수한기계적물성을나타낸다고알려져있다 4-7). 그리고 CNT는기계적, 열적특성이매우특이하여다양한물질의첨가제로도응용되고있다. 오늘날우수한물성을갖는나노튜브를고분자물질과혼합하여전기적, 기계적물성이우수한고분자나노복합재료를제조하기위한연구가활발히진행되고있다 8-10). 이렇게제조된나노복합재료의특징으로는기계적특성 (Young s modulus, Tensile strength) 이매우우수하고화학적으로안정하다는장점을갖는다. 복합재료의제조방법으로크게중합법 (Polymerization method), 용액법 (Solution mixing method), 용융법 (Melt mixing method) 으로크게 3가지로구분할수있는데, 용융법, 즉컴파운딩방법은나노사이즈의필러와고분자수지를용융상태에서혼합하는것으로기존의고분자복합재료제조방법과동일하게밴버리믹서 (Vanbery mixer), 압출기, 롤밀과같은가공설비를이용할수있기때문에상업적인측면에서가장바람직한방법으로볼수있다. 하지만나노사이즈의필러와점도가높은고분자용융체와혼합하기때문에높은분산성을기대하기힘든실정이다. 이러한문제점을해결하기위하여무기물필러와고분자수지사이의친화력을높여주는다양한상용화제를사용하고, 무기물필러와고분자수지의개질, 공정조건의최적화에대한연구가활발히진행되고있다 11-16). PVA는수용성의폴리하이드록시고분자 (polyhydroxy polymer) 로필름제조가용이하고, 산소와오 일에대한우수한차단성을갖고있는동시에뛰어난기계적인강도를갖고있어서널리응용되고있다 17,18). PVA는화학적으로개질이가능하며, 가교반응을통해서 PVA의친수도, 내열성, 화학적결합및기계적인강도를변화시킬수있다 19-22, 25). 또한 PP/CNT 나노복합체에 PVA가첨가될경우, 분산된 PP 분자사슬이다시겹쳐지는걸방지하고 PP 분자사슬간결합을향상시키는역할을하여물리적 열적성질이향상될것 23,24) 으로예상된다. 이러한물리적결합을 Scheme 1 에나타내었다. 본연구에서는기계적 화학적으로뛰어난특성을보이는 PP에친수성재료로써유동성개선및화학적결합특성을가지고있는 PVA와 CNT 함침필름으로제조함으로써물리적특성및화학적안정성에대하여검토하고자한다. 우선 PP 분말에 CNT를각각 1 wt.%, 3 wt.%, 5 wt.% 로혼합하여최적화된조건을조사하였다. 그리고조건을바탕으로 PP/CNT와 PP/PVA/CNT 의나노복합재필름을압출성형기를통해제조하였고, 압출성형기의권취속도 (take-up speed) 를다양하게변화시켜열적 기계적특성비교를진행하였다. 2. 실험 2.1 압출성형기본연구에서는압출을이용한고분자사슬및나노소재의배향을유도하였고사용된것은 twin screw extruder(thermo Scientific, CTW 100) 이며 Wire coating take-off die를연결하면용융된고분자가나오면서압착롤러를통해소재가필름형태로만들어질수있다. 또한상하높이를조절하여필름두께도조 Scheme 1. Mechanism in the PP/PVA/CNT nanocomposites (a : PP/CNT, b : PP/PVA/CNT, : PVA, : PP, : CNT) 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

51 압출성형기를이용한나노복합재필름의특성분석 103 Figure 1. Mimetic diagram and photograph of extruder. 절할수있으며, 압출성형기의권취속도는 0-10m/min 의범위이다. 2.2 나노복합재제조탄소나노소재는한화나노텍에서생산, 판매중인다중벽탄소나노튜브 (MWCNT) 인 CM-100, CM-250 을사용하였고 PVA는중합도 (Pn) 가 1700 이며비누화도 (DS) 99.9% 인 DC Chemical 에서생산한소재를사용하였다. 그리고나노복합재필름을만들기위해서고분자 (PP, PVA) 분쇄및 Pulverizer 를사용한탄소나노소재와혼합을진행하였다. 고분자분말은기계적분산법 (Dry powder pulverization) 을이용하여나노복합재필름을압출하였으며, 그리고압출기의스크류속도 (RPM) 는 12로설정하였다. 2.3 나노복합재의특성분석 PP/CNT 나노복합재필름을제조할때탄소나노소재의최적화된질량분율을설정하기위해서, 질량분율을각각 1 wt.%, 3 wt.%, 5 wt.% 로설정하여물성분석을진행하였다. 그리고최적화된질량분율로제조된 PP/CNT 나노복합재필름과 PP/PVA/CNT 나노복합재필름의물성분석의경우, 제조한나노복합재필름의물성을분석함으로써필름안의탄소나노소재가배향한정도를분석하였다. 시험을진행함으로써권취속도에따른탄소나노소재의배향한정도를분석하였다. 나노복합재필름의물성분석을위한인장시험시편은 ASTM D638 에따라 5개씩제조하였으며, Figure 2에나타낸 Universal and special testing machine(shimazdu, AG 250kNX) 를이용하여진행하였다. Figure 2. Tensile test and mimetic diagram. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

52 104 권일준 박성민 유성훈 염정현 PP/CNT, PP/PVA/CNT 나노복합재필름의형태학적특성을관찰하기위해주사형전자현미경 (FE- SEM) 이사용되었다. 그리고 PP/CNT 와 PP/PVA/CNT 복합재의열적특성을관찰하기위하여시차주사열량분석기 (DSC; Perkin Elmer, DSC-4000) 를통하여조사되었다. DSC는 60~200 의온도범위에서 5 /min 의속도로질소조건하에측정하였으며, 나노복합재필름의결정화도는식 (1) 에의해도출하였다. 을관찰하였고, 그결과를 Figure 6에나타내었다. CNT의농도가증가할수록나노복합재필름안의 CNT 의양이점차많아짐을확인할수있었다. CNT의농도가 1 wt.%, 3 wt.% 일때필름표면상에입자형태로넓게분산된형태를나타내었지만, CNT의농도가 5 wt.% 일때는 CNT 입자간서로응집하려는특성으로인해뭉침현상이발생하는것을확인할수있었다. 그 Crystalline fraction = mc/mtotal (1) Crystalline fraction 100=%crystallinity where mc : Weight of polymer crystalline region mtotal : Weight of sample 3. 결과및고찰 3.1 PP/CNT 나노복합재의물리적특성 Figures 3-5에서는나노복합재필름제조에사용되는재료인다중벽카본나노튜브 (CM-100) 을각각 1 wt.%, 3 wt.%, 5 wt.% 로설정하여제조한 PP/CNT 나노복합재필름의인장탄성률및인장강도, 그리고연신율을나타내었다. 나노복합재필름을제조할때압출방향으로시편을제작하였으며, 질량분율을제외하고권취속도 (10%) 및기타조건은동일하게설정하였다. Pure PP 필름과 PP/CM-100 복합재필름을비교해볼때탄소나노소재의질량분율이 3 wt.% 일때, 기계적물성이가장우수하였다. 이는복합재필름이압출되면서탄소나노소재가필름에배향됨으로인해복합재필름의기계적물성이증가한것으로보인다. 그러나탄소나노소재의임계농도이상이되었을경우에는 CNT가서로뭉치려는성향으로인해배향성을향상시키지못하게된결과나노복합재필름의인장탄성률및인장강도값의감소를초래하였다. Figure 3. Tensile modulus of PP/CNT nanocomposites films with different content of CNT(CM-100). Figure 4. Ultimate strength of PP/CNT nanocomposites films with different content of CNT(CM-100). 3.2 나노복합재의형태학적특성 PP/CNT 나노복합재필름의 CNT의농도에따른상대적인분산도를알아보기위하여 SEM을통하여특성 Figure 5. Elongation of PP/CNT nanocomposites films with different content of CNT(CM-100). 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

53 압출성형기를이용한나노복합재필름의특성분석 105 Figure 6. SEM image of PP/CNT and PP/PVA/CNT(a: CNT 1 wt.%, b: CNT 3 wt.%, c: 5 wt.%, d: PP/PVA/CNT). 리고 PP/PVA/CNT 나노복합재필름의경우필름표면에 CNT의뭉침현상이발생하지않았으며각입자들이넓게분포되어있는특성을나타내었다. 3.3 나노복합재의열적특성시차주사열량분석기 (DSC) 를이용한 thermogram 측정을통해서나노복합재의열적특성을분석한결과를 Table 1에나타내었다. 30 에서 1분간유지후 10 /min 으로승온, 300 에서다시 3분간유지, 급랭시킨후다시승온을반복하여 2차승온시의측정값을사용하였다. PP/CNT 와 PP/PVA/CNT 나노복합재필름을비교하였을때, PVA가복합재필름에첨가될경우열적안정성이증대되어결정화도가증가하는특성을보였다. 또한권취속도가증가할수록결정화도는낮아지는결과를나타내었다. 이는권취속도가증가하게되면 PP/PVA/CNT 나노복합재필름안에나노소재각입자의함유량이적어지기때문에발생하는현상으로보인다. Figure 7. Changes of tensile modulus for vertically extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). 3.4 나노복합재의물리적특성탄소나노소재로강화된 PP/CNT 와 PP/PVA/CNT 나노복합재필름의물성테스트결과를 Figures 7-12 에서나타내었다. Figures 7-9는나노복합재필름의물성분석을진행할때필름의압출방향이아닌수직방향으로시편을 Figure 8. Changes of ultimate strength for vertically extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). Table 1. Crystallinity of the PP/CM-100, PP/CM-250, PP/PVA/CM-100, PP/PVA/CM-250 Take-up speed % Crystallinity PP / CM-100 PP / CM-250 PP / PVA / CM-100 PP / PVA / CM % take-up speed % take-up speed % take-up speed Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

54 106 권일준 박성민 유성훈 염정현 Figure 9. Changes of elongation for vertically extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). Figure 10. Changes of tensile modulus for parallel extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). 만들어서물성을분석한것이고, Figures 은필름의압출방향으로된시편을이용하여물성을분석한것이다. Pure PP/PVA, PP 필름대비나노소재복합재필름의인장강도와인장탄성률이 PP/PVA/CM-250 샘플에서최대값을가지는것을확인하였다. 또한권취속도는느릴수록기계적물성이좋아지는데이는결정화도와관계가있으며권취속도가빠르면그만큼 Cooling time 이짧아지기때문에급랭되어고분자의결정화에필요한시간이부족하기때문이다. 그리고시편의방향에따라물성의차이가나타나는데이것으로고분자및탄소나노소재의배향이물성에영향을미치는것을확인할수있다. 그근거로는압출방향에평행한방향으로테스트한시편이압출에수직한방향으로테스트한시편에비하여인장탄성률과인장강도가각각 100~300MPa, 2~3MPa 정도로높기때문이다. 그리고 CM-250 으로강화된 PP/PVA/CNT 나노복합재필름에서물성의최대치를확인할수있는데이는아주높은 Aspect ratio 를가진 CM-250 이다른탄소나노소재에비해고분자내부에서분산이잘되어 Nucleation site 역할뿐만아니라결정화도의증가를가속시켰기때문이다. 4. 결론 탄소나노소재를최적의조건인 3 wt.% 로혼합한 PP/CNT 와 PP/PVA/CNT 나노복합재필름을제조하고진행한실험은다음과같은결과를얻을수있었다. 나노복합재필름이가지는열적특성을분석한결과권취속도가증가할수록결정화도는감소하는경향을나타내었으며, PP/PVA/CM-250 나노복합재필름이다른복합재필름에비해높은결정화도를나타내었다. Figure 11. Changes of ultimate strength for parallel extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). Figure 12. Changes of elongation for parallel extruded nanocomposite films with take-up speed (10%, 20%, 30%, 40%, 90%). 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

55 압출성형기를이용한나노복합재필름의특성분석 107 그리고 PVA를혼합하지않은 PP/CNT 복합재필름은 PVA가복합된필름보다열적안정성이떨어지므로, 다른필름와비교하면상대적으로가장낮은결정화도를나타내었다. 기계적특성의경우권취속도가증가할수록복합재필름의탄소나노소재의배향성이감소하게되므로인장강도및인장탄성률이감소하는경향을나타내었다. 하지만복합재필름의연신율의경우, 권취속도의증가로인해복합재필름의결정성이감소하게되므로권취속도가증가할수록연신율은증가하는경향을나타내었다. 그리고압출성형기를통한복합재필름의제조시, 압출방향과수직방향에대해특성을비교하였다. 압출방향으로탄소나노소재가배향되고, 이에따라인장강도및인장탄성률면에서압출방향에서조사한값이수직방향에서조사한값에비해높은것으로나타났다. 결과적으로 PP/CNT 나노복합재필름보다 PP/ PVA/CNT 나노복합재필름이물리적특성분석에서 PVA의첨가로인해물리적특성이향상되는경향을보였고, 높은결정화도를가지고있기때문에열적으로안정된모습을보였다. References 1. M. Bouslah, M. Salvia, I. Descheres, B. Berthel, and S. Benayoun, Effect of Microsphere Content on Fire Performance and Thermomechanical Properties Phenolic Resole Syntactic Foam Composites, ICCM 19th International Conference on Composite Materials, Montreal, Canada, pp , G. Y. Gu, Z. J. Wang, D. J. Kwon, and J. M. Park, Mechanical and Electrical Property of Electron CNT/PVDF Nanofiber for Micro-Actuator, J. of the Korean Society for Composite Materials, 26, 14(2013). 3. H. K. Um, H. Y. Lee, T. H. Yim, and J. H. Lee, The Effects of Pretreatment and Surfactants on CNT and Permalloy Composite Electroplating, J. of the Microelectronics and Packaging Society, 17, 63(2010). 4. X. Liang, S. Wang, X. Wei, L. Ding, and Y. Zhu, Carbon Nanotube Field-Effect Transistors: Towards Entire-Carbon-Nanotube Circuits: The Fabrication of Single- Walled-Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors with Local Multiwalled-Carbon-Nanotube Interconnects, Advanced Materials, 21, 4(2009). 5. M. T. Ahamdi, Z. Johari, and R. Webb, Carbon Nanotube Band Structure Effect on Carbon Nanotube Field Effect Transistor, Aip Conference Proceedings Series, Playa del Carmen, Mexico, 1239, pp , Y. H. Lee, E. K. Hwang, Y. M. Baek, and H. D. Kim, Carbon Nanotube Buckypapers as Electrocatalysts Upport for Methanol Oxidation, Carbon, 1, 675(2012). 7. M. Mohammad and I. W. Karen, Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes, Macromolecules, 39, 5194(2006). 8. H. G. Kim, Effect of Composition of Mixed Reactive Diluent on Thermal Stability of UV Cured Urethane Acrylate/MMT Nanocomposite, Polymer Korea, 40, 9(2016). 9. B. Gong, Synthesis and Properties of a Millable Polyurethane Nanocomposite based on Castor Oil and Halloysite Nanotubes, RSC Advances, 6, 12084(2016). 10. Z. Wang, P. Tammela, J. Huo, P. Zhang, M. Stromme, and L. Nyholm, Solution-processed Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Nanocomposite Paper Electrodes for High-capacitance Flexible Supercapacitors, J. of Materials Chemistry A, 4, 1714(2016). 11. E. Giannelis, Polymer Layerd Silicate Nanocomposites, Adv. Mater., 8, 29(1996). 12. T. Agag, T. Koga, and T. Takeichi, Studies on Thermal and Mechanical Properties of Polyimide-clay Nanocomposites, Polymer, 42, 3399(2001). 13. C. J. Kleverlaan and A. J. Feilzer, Polymerization Shrinkage and Contraction Stress of Dental Resin Composites, Dental Materials, 21, 1150(2005). 14. D. J. Barron, F. A. Rueggeberg, and G. S. Schuster, A Comparison of Monomer Conversion and Inorganic Filler Content in Visible Light-cured Denture Resins, Dental Materials, 8, 274(1992). 15. J. G. Ryu, G. R. Park, S. G. Lyu, J. H. Rhew, and G. S. Sur, Polymer Nanocomposites based on Amorphous Copolyster and Organo-inorganic Nanofillers: A Structure and Property Study, Polymer, 22, 328(1999). 16. M. Alexandre and P. Dubois, Polymer-layered Silicate Nanocomposites: Preparation, Properties and Uses of a Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

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57 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술학술 ) 감즙염색에의한합성직물의역학적특성 Mechanical Properties of Synthetic Fabrics Dyed with Persimmon juice *Corresponding author Man-Woo Huh mwhuh@kiu.ac.kr 배정숙 1, 허만우 * 1 대구대학교패션디자인학과, 경일대학교간호학과 Jung-Sook Bae 1 and Man-Woo Huh* 1 Department of Fashion Design, Daegu University, Gyeongsan, Korea Department of Nursing, Kyungil University, Gyeongsan, Korea Received_March 25, 2016 Revised_May 10, 2016 Accepted_June 01, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/ c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Synthetic fabrics, such as nylon and polyester, were dyed with persimmon juice by using a padding mangle repeatedly. The mechanical properties of these synthetic fabrics were analyzed using the Kawabata evaluation system. The following findings were obtained from this investigation. As the number of repetitions of padding dyeing increased, the tensile energy per unit area and the tensile resilience of synthetic fabric remained almost unchanged, whereas the linearity of the load-extension curve of the synthetic fabrics increased. As the number of padding repetitions increased, the synthetic fabrics dyed with persimmon juice exhibited increases in thickness and weight. As the number of repetitions of padding treatment with persimmon juice increased, the values of stiffness, anti-drape stiffness, fullness, and softness also increased, whereas the flexibility with soft feeling, crispness, and scrooping sensation significantly decreased. The amount of coated persimmon juice on the surface of the fabrics increased after three repetitions of padding treatment with persimmon juice. Nylon and polyester fabrics were dyed evenly with persimmon juice treated using a padding mangle. Keywords persimmon juice, synthetic fabrics, mechanical properties, Kawabata evaluation system, primary hand value 1. 서론 천연염료는채취의장소와시기, 성장환경이나토질에따른영양섭취상태등과같은다양한요인에의해서얻을수있는색소성분의함량등이다를수가있으며, 계절이나기후의변화에따라천연염재를얻기가어려울수도있다. 특히색소를추출하기위한용매나방법에따라서도그성분이다를수가있기때문에염색물의색상도다르게나타난다. 따라서동일한염재를사용하더라도사람에따라, 또는방법에따라서로각기다른색상이얻어질뿐만아니라견뢰도도불량한경우가많기때문 에과학적으로체계를잡아일반대중도손쉽게염색할수있도록해야한다. 또한견뢰도를향상시킬수있는과학적인연구체제를구축하여천연염료에의한염색방법을일반대중에게도널리보급할수있어야한다. 감즙으로염색한직물은강도가증가하고광선차단성이우수하여자외선차단효과와항균성등을지니고있어서의류용의패션제품에적용하기에적합한기능성소재로알려져있다 1-8). 그래서제품의생산성, 경제성, 염색의재현성등을확보하기위한연구도다양하게이루어지고있다 9-17). 그러나이러한감을이용한염색에관한연구들은주로적용소재가면, 마, 견, 모등의천연섬유에대하여 109

58 110 배정숙 허만우 이루어져왔다. 따라서의류용뿐만아니라산업용에도합성섬유의수요가점점더증가하므로본연구에서는감물염색제품의고품질화및다양성을위한제품의용도를결정짓기위한자료로서, 색상의농담과균일하고정확한색조의표현이가능한패딩맹글을이용한감즙염색방법으로염색한합성섬유직물인나일론직물과폴리에스터직물의태변화에대하여조사 검토하였다. 2. 실험 2.1 시료및염재 시료시료는염색견뢰시험용표준직물 (KS K 0905) 인나일론직물과폴리에스터직물 2종을사용하였으며 Table 1에시료의특성을나타내었다 염재시험에사용된염료는청도에서재배된재래종풋감을 7월부터구입하여사용하였으며, 크기는직경약 6 7cm이다. 2.2 염색과발색 염액준비감은청도군농가에서 7~9월감을구입하여각각꼭지를따고깨끗이닦은뒤분쇄기로 1차분쇄하고녹즙기 (GREEN POWER TEN Co. LTD, Juice Extractor) 로 2차분쇄하여감즙을추출하고, 망사포에 3차여과시켜찌꺼기를제거하였다. 추출된감즙원액을냉동보관하면서염색직전에해동시켜패딩염색에사용하였다 감즙처리합성직물을감즙염액에넣고약 5분간침지한후 pick up율을 45% 로조정한패딩맹글 (Padding Roll Machine, Model NM-450, DAIEI KAGAKU SEIKI Co. JAPAN), Roller Press : 1.5ton, Air Press : 3.7kg/cm 2 의조건으로압착로울러를통과시켜여분의감즙을제거하고 1차염색한뒤그늘에서자연건조시켰다. 반복염색을행하는경우각섬유별패딩조건으로 1차염색하여건조한후 1차와동일한방법으로패딩염색을 2차, 3차반복하여감즙부착률이증가하도록하였다. 감즙부착률은각각염색전후의무게의변화를계산하여다음식 (1) 에의해산출하였다. Add on(%) = A-B B 100 (1) where A : Dry weight of fabric after dyeing B : Dry weight of fabric before dyeing 2.3 KES-FB System 을이용한역학적성질과태의평가나일론직물과폴리에스터직물의원포및염색포의태는 KES(Kawabata Evaluation System, Katl Tech Co. Ltd., Japan) 를이용하여경사및위사방향에대하여각각측정하였으며, 경사와위사의평균역학특성치를산출하였다. 시료의크기는경사방향으로 20cm, 위사방향으로 20cm 인정사각형이며, 시료에외력이적게가해지는순서인압축특성, 표면특성, 굽힘특성, 전단특성, 인장특성의순으로측정하였다. KES-FB System 에의해계측되는역학적특성은 Table 2에나타낸것과같이인장특성, 굽힘특성, 전단특성, 압축특성, 표면특성및두께와중량의 6개특성항목에대한 16개특성치로구성되어있으며, 측정조건을같이나타내었다. 또위의역학적특성치는감즙염색포가여성용하복지로많이쓰이고있으므로 KN-201-LDY 식에대입하여 PHV(primary hand value) 를산출하였고이식에따른감각평가치에는 stiffness, anti-drape stiffness, fullness and softness, crispness, scrooping feeling, flexibility with soft feeling 의 6항목이포함된다. Table 1. Characteristics of fabrics Sample Weave Count (thread/inch) Weight (g/m 2 ) Yarn number (denier/filament) Thickness (mm) Polyester Plain /inch 2 57±2 75D/24 0.1±0.01 Nylon Plain /inch 2 55±2 70D/ ±0.1 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

59 감즙염색에의한합성직물의역학적특성 결과및고찰 3.1 패딩횟수에따른감염색합성직물의 add on 변화감즙을이용하는염색법중에서전통적인방법인손염색방식은감즙을직물내로고르게침투시키기위하여직물을염액인감즙에침지한후손으로주무르는작업을여러번반복하여시행함으로서염색포의구김과균염성의확보및재현성에어려움이있다 17). 그러므로균염성및재현성의확보를위해패딩에의한염색은염액이직물에충분하면서균일한침투가가능하므로구김이적고균일하고구김이적은피염물을얻을수가있다. 또한 pick up율을조정하여피염물의특성에맞는염색이가능할뿐만아니라일정한양으로반복염색이가능하므로, 일정한염액을부여하기가어 려운손염색으로는얻기어려운농담과색상의재현이훨씬용이하다 3,12). Table 3은감즙으로나일론직물과폴리에스터직물을패딩처리하여패딩횟수에따른직물의무게변화를나타낸것이다. 나일론직물과폴리에스터직물모두패딩처리의반복횟수가증가함에따라직물의무게가증가하고있으며증가비도거의일정한것을알수있다. 따라서패딩처리에의한염색은 pick up율의조절과반복처리에의하여균일하고다양한농담의색상을얻을수있고다양한색조를표현할수가있다 11). 3.2 패딩을이용한감염색나일론직물의역학적특성 Table 4는나일론직물을감즙으로 3회반복패딩처리하고, 원시료와 3회반복처리한직물상태의인장, Table 2. Measuring conditions for mechanical properties of synthetic fabrics treated with Persimmon juice Property Condition Symbol Characteristics Unit Tensile Velocity : 0.2mm/sec Elongation : 25mm/10V Clamp width : 5.0cm Sample width : 20cm Maximum load : 500.0gf/cm LT WT RT Linearity of load-extension curve Tensile energy per unit area Tensile resilience gf cm / cm2 % % Bending Meas. mode : One cycle Sample width : 20cm Bending rate : 2.5cm -1 B 2HB Bending rigidity per unit length Bending moment of hysteresis per unit length gf cm / cm2 gf cm / cm Shear Meas. mode : One cycle Sample width : 20cm Shearing angle : 8.0deg Shearing weight : 200g Calc. results(2hg=0.5)(2hg5=5.0) G 2HG 2HG5 Shear stiffness Hysteresis of shear force at 0.5deg. of angle Hysteresis of shear force at 5deg. of angle gf/ cm deg gf/ cm gf/ cm Surface Compression area : 2cm 2 Initial tensioning : 400g Roughness contactor compression : 10gf MIU MMD SMD Coefficient of friction Mean deviation of MIU Geometrical roughness - - μm Compression Velocity : 50mm/sec Processing rate : 0.1sec Zone : 2cm 2 Def stroke : 10mm/10V Maximum oad : 50gf/cm LC WC RC Linearity of compression thickness curve Compression energy Compression resilience - gf cm / cm2 % Thickness Weight T W Thickness at 0.5gf/ cm2 pressure Weight of specimen per unit area mmmg / cm2 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

60 112 배정숙 허만우 Table 3. Weight of synthetic fabrics pad-dryed with Persimmon juice according to number of padding and add on Fabric Number of Padding Add on (%) Add on weight (mg/ cm2 ) Sample weight (mg/ cm2 ) Polyester Nylon 전단, 굽힘, 압축, 표면등의역학적특성변화를측정한것이다 인장특성외부의힘에의한소재의신장성및회복성을나타내는인장특성은의복착용중에인체동작의구속에영향을미치는특성이다. 나일론직물은염색을 3회반복함으로써인장선형성 (LT) 은증가하였다. 이는생지에비해염색을반복적 으로행함에따라소재의초기인장이어려워져소재가단단해졌음을의미한다. 인장에너지 (WT) 는인장시필요한에너지값을의미하며나일론직물은염색을 3회반복함에도불구하고 WT값은큰변화가없는것으로나타났다. 인장에너지의증가는인장변형이용이해지는것을의미하는것이므로감염색이인장변형에는크게영향을미치지않은것으로생각된다 18). 인장레질리언스 (RT) 는인장후회복성을나타내는 Table 4. Mechanical properties of nylon fabrics treated with Persimmon juice Property Symbol Original 3 Times dyed Warp Weft Warp Weft Tensile Shear Bending Surface Compression Thickness Weight LT WT RT G HG HG B HB MIU MMD SMD LC WC RC T W 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

61 감즙염색에의한합성직물의역학적특성 113 것으로써그값이클수록회복성이커서형태안정성이있다는것을의미한다. 나일론은 3회패딩처리시위사방향의 RT값은거의변화가없으나패딩처리시경사방향으로처리하기때문에경사방향의 RT값은약간증가한것이라생각된다. 따라서감즙으로 3회반복패딩처리한나일론직물은감즙의반복염색으로인하여소재가단단해지고변형회복이어려워형태안정성은감소한다고할수있다 전단특성전단특성은시료의한쪽을일정하중으로고정한후다른한쪽에각도를주면서신장시킨외력에대한변형으로전단강성 (G) 과전단히스테리시스 (2HG, 2HG5) 로구성되어, 의복착용시의인체곡면에잘적응하고의복의늘어뜨려진형태, 착용감등과관계있는특성이다. G는굽히는데필요한힘의평균으로나타내는데, 값이클수록비틀어지지않으려는성질을가진다. 나일론직물은감즙으로패딩을 3회반복함으로써 G값이크게증가하여의복으로착용시전단탄력이풍부하며볼륨감있는실루엣형성이가능할것으로판단된다 7,19). 전단히스테리시스는전단변형시의변형및회복에관계되는성질로수치가증가할수록회복되지않은변형량이큰것을의미하는데, 감즙으로패딩을 3회반복염색한나일론직물의 2HG 값이크게증가하였다. 이것은감즙이섬유간에접착되고표면코팅효과에의해소재가뻣뻣해졌기때문으로생각된다. 그러나감즙으로 3회반복패딩처리한나일론직물의 2HG5 값이음의값을보이는것은감즙처리로인해직물이너무뻣뻣해져서 2HG5 전단히스테리시스측정이어려운것으로해석된다 굽힘특성인체에적응하기쉬움을나타내는특성치를의미하는굽힘특성은의복착용시의안정성, 드레이프성, 구김성등의착용성능과관련이깊으며소재가뻣뻣해지는정도를의미하는굽힘강성 (B) 값과형태안정성과구김에관계되는굽힘이력을의미하는굽힘히스테리시스 (2HB) 로나타낸다. 나일론직물은감즙패딩처리를 3회반복함으로써굽힘강성 (B) 값과굽힘히스테리시스 (2HB) 증가하였다. 따라서나일론은감즙패딩을 3회반복함으로써잘 굽혀지지않고인체로부터공간을유지시켜주며섬유간의접착및코팅효과에의해소재가뻣뻣해져서박스형의실루엣을형성할수있을것으로생각된다 7,19) 압축특성직물의두께, 부피감과유연한촉감에관련이깊은압축특성은압축선형성 (LC), 압축에너지 (WC), 압축레질리언스 (RC) 등으로이루어져있다. 나일론직물을감즙으로패딩처리를 3회반복하여압축선형성을비교하면 LC값은감소하고, 압축에너지는 3회패딩처리후 WC값은큰변화를보이지않았다. 이러한현상은나일론직물이반복염색에의하여직물에처리된감즙에의해서압축이쉬워졌기때문이다. 압축레질리언스는 3회반복패딩처리후가증가하였다. 따라서나일론직물은감즙패딩을반복함으로써압축변형에대한회복성이향상되었다 표면특성직물의평활함과관련되는요소인표면특성치로서표면의마찰계수를나타내는평균마찰계수 (MIU) 는표면이바삭바삭하고거칠때나는느낌인 crispness 와직물의냉 온감과관련을나타내고, 또마찰계수의평균편차 (MMD) 는표면의매끄러움정도를나타내고직물표면의거칠은정도를나타내는기하학적거칠기 (SMD) 등의인자로구성된다. 나일론직물은염색을 3회반복하여평균마찰계수를비교하면 MIU값이감소하였다. 또마찰계수의평균편차와표면의거칠기는 3회감즙패딩후 SMD값은오히려증가한것은미처리직물의표면보다는거칠어진것이지만감즙의 coating 효과로인해매끄러워졌음을의미한다 두께및중량나일론직물의감즙염색에따른두께는감즙 3회패딩시나일론 (6.75%) 의두께는약간증가하였으며, 중량은감즙의 1회패딩시 6.69%, 감즙 3회패딩시 9.5% 의중량증가율을보였다. 감즙패딩을행함에따라두께및중량의증가가나타났는데이는염료의미립분자가섬유내, 섬유간기공에침투하여증가하는것으로생각된다. Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

62 114 배정숙 허만우 3.3 패딩을이용한감염색폴리에스터직물의역학적특성 Table 5는폴리에스터직물을감즙으로 3회반복패딩처리하여미처리직물과 3회반복패딩처리한직물상태의역학적특성변화를측정한것이다 인장특성폴리에스터직물은감즙으로패딩처리를 3회반복함으로써인장선형성은증가하였다. 이는생지에비해염색을반복적으로행함에따라소재의초기인장이어려워져소재가단단해졌음을의미한다. 인장에너지는인장시필요한에너지값을의미하는것으로폴리에스터직물은감즙으로패딩처리를 3회반복함에도불구하고, WT값은큰변화가없는것으로나타났다. 따라서폴리에스터직물은감염색이내구성에영향을미치지않은것으로생각된다. 인장후회복성을나타내는인장레질리언스는클수록회복성이커서형태안정성이있음을의미하는데, 폴리에스터직물은감즙으로 3회반복패딩처리할때 RT값이감소하여변형에대한회복성이감소하였다. 그러므로폴리에스터직물은감즙으로패딩처리를반 복함으로써변형회복이어려워형태안정성은나빠졌다 전단특성전단강성은굽히는데필요한힘의평균으로서수치가높을수록비틀어지지않으려는성질을가진다. 폴리에스터직물은감즙으로패딩처리를 3회반복함으로써 G값이크게증가하여의복으로착용시전단탄력이풍부하며볼륨감있는실루엣을형성할수있을것으로생각된다 7,19). 또전단변형시의변형및회복에관계되는성질을나타내는전단히스테리시스는값이클수록회복되지않은변형량이크다는것을의미하는데, 갑즙으로 3회반복염색한폴리에스터직물의전단히스테리시스를나타내는 2HG와 2HG5 의값이크게증가하였다. 이것은감즙이섬유간의접착효과와직물표면의코팅효과에의해소재가뻣뻣해져서전단강성과전단히스테리시스의증가를가져온것으로생각된다 굽힘특성폴리에스터직물은감즙으로패딩처리를 3회반복함으로써소재가뻣뻣해지는정도를의미하는굽힘강성 Table 5. Mechanical properties of polyester fabrics treated with Persimmon juice Property Symbol Original 3 Times dyed Warp Weft Warp Weft Tensile Shear Bending Surface Compression Thickness Weight LT WT RT G HG HG B HB MIU MMD SMD LC WC RC T W 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

63 감즙염색에의한합성직물의역학적특성 115 값이크게증가하였다. 또굽힘히스테리시스는형태안정성과구김에관계되는굽힘이력을의미하는데, 패딩처리를반복함에따라그값이증가하는것으로나타났다. 따라서폴리에스터직물은감즙으로 3회반복패딩처리를함으로써굽힘강성과굽힘히스테리시스의값이커져잘굽혀지지않고인체로부터공간을유지시켜주며섬유간의접착및직물표면의코팅효과에의해소재가뻣뻣해져서박스형의실루엣을형성하게된다 7, 19) 압축특성폴리에스터직물은감즙으로 3회반복패딩처리를하여압축선형성을비교하면, LC값은증가하였고압축에너지는 3회반복감즙패딩처리후의폴리에스터직물은미처리직물과 WC값엔큰변화를보이지않았다. 또한압축레질리언스는증가하였다. 따라서폴리에스터직물은염색후압축선형성, 압축레질리언스는증가하여압축력에대한변형이어려워졌으며, 감즙염색을함으로써압축변형에대한회복성이향상됨을알수있다. 각소재의팽윤과염료분자의침투차이때문인것으로생각된다. 3.4 패딩을이용한감염색폴리에스터직물의감각평가치 Table 6은폴리에스터직물을감즙으로 3회반복패딩처리한직물의상태를여성용하복지로많이쓰이고있는 KN-201-LDY 식에의하여 PHV(primary hand value) 를산출한결과나타내었다. 나일론직물은감즙으로 3회반복패딩처리했을 2HG5 (hysteresis of shear force at 5deg. of angle) 값이음의값을나타내어측정기기범위의한계이상이기때문에 PHV는산출하지않았다 Stiffness 탄력있는뻣뻣함의느낌을나타내는 Stiffness (Koshi) 는굽힘성과연관된느낌으로서직물을손으로잡았을때느끼는반발력과탄성을종합해서표현한것이다. 폴리에스터직물은감즙의반복염색처리에 Koshi 값이증가하여미처리포에비해뻣뻣해짐을알수있었다 표면특성폴리에스터직물은감즙으로 3회반복패딩처리를하여 MIU값을비교하면염색이후 MIU값은증가하였고표면의거칠기를나타내는 SMD는감소하였다. 이런결과는나일론은감즙반복염색에의해직물표면이 coating 되어매끄럽게되었음을알수있고미처리원포보다는기하학적으로거칠어졌음을알수있다 두께및중량폴리에스터직물의감즙염색에따른두께는감즙 3 회패딩처리시미처리직물보다크게증가하는경향을보였다. 중량은감즙의 1회패딩시 7.0%, 감즙 3회패딩시 9.5% 의중량증가율을보였다. 이는염료의미립분자가섬유내, 섬유간기공에침투하여증가하는것으로여겨지며, 소재별증가폭의차이는염색에대해 Anti-drape stiffness 드레이프성과탄력이없는뻣뻣한느낌으로직물을손으로잡고쳐들었을때피아노선을튕기는것처럼느끼는감촉, 빳빳한감촉등을종합해서표현한 Antidrape stiffness(hari) 는직물의탄력성의유무와는관련이없다. 폴리에스터직물은감즙의반복염색처리에 Hari값이증가하여원포에비해뻣뻣해짐을알수있었다 Flexibility with soft feeling 직물을손으로만졌을때느끼는부드럽고유연한느낌을표현것을 flexibility with soft feeling(shinayakasa) 라고하는데, 감즙의반복염색처리에의해폴리에스터직물의 Shinayakasa 값은현저히감소함으로부드럽고유연함은떨어짐을알수있었다. Table 6. Primary hand value of polyester fabrics treated with Persimmon juice Fabric Sample Koshi Hari Shinayakasa Fukurami Shari Kishimi PET Original times dyed Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

64 116 배정숙 허만우 Fullness and softness 압축탄력성과따뜻함이동반된두꺼움은이느낌과밀접한관계가있는 fullness and softness(fukurami) 는부피감있는풍부하고좋은맵시에서오는느낌의혼합으로폴리에스터직물은감즙의반복염색처리에 Fukurami 값은증가하여탄력성과부피감이커짐을알수있었다 Crispness Crispness(Shari) 는직물을겹으로접거나부빌때느끼는까실까실한마찰감이나직물을손으로가볍게쓰다듬어만질때느끼는조밀하거나느슨한감촉등을표현한것이다. 폴리에스터직물은감즙의반복염색처리에 Shari 값은현저히감소함으로부드럽고유연함은떨어져딱딱한느낌이느껴짐을알수있었다 Scrooping feeling Scrooping feeling(kisimi) 은옷이스칠때느끼는소리, 특히견직물로만든옷깃이스칠때일어나는느낌과같은감각을종합해표현한것이다. 폴리에스테르는감즙의반복염색처리에 Kisimi 값은감소하였다. 따라서폴리에스터직물은감즙으로 3회반복패딩처리했을때산출한 PHV 감각평가치 6항목중 stiffness, anti-drape stiffness, fullness and softness 값이증가하여직물이뻣뻣해지고약간부피감은생겼다. 또 flexibility with soft feeling, crispness, scrooping feeling 값은감소하여표면이거칠고건조한느낌의태를나타내었다. 4. 결론 감물염색제품의고품질화를위하여감의염색재료로서의염색방법을다양화하여천연염료염색물인감물염색이대중적이고실생활에널리쓰이는공예, 생활미술로서활용될수있도록하고또한다양성을위한제품의용도를결정짓기위한자료로서, 합성섬유인나일론직물과폴리에스터직물을감즙으로패딩처리에의한반복염색하여태의변화를측정하고미처리원포와비교해서다음과같은결론을얻었다. 1. 감즙으로패딩처리에의한염색을 3회반복함으로 써나일론직물과폴리에스터직물은변형회복이어려워형태안정성은감소하였다. 2. 나일론직물, 폴리에스터직물모두 G와 2HG, 2HG5, B, 2HB의값이크게증가하여의복으로착용시전단탄력이풍부하며볼륨감있는실루엣형성이가능할것으로판단된다. 3. 나일론직물, 폴리에스터직물모두 RC의값이증가하여압축변형에대한회복성이향상됨을알수있다. 4. 나일론직물, 폴리에스터직물의 MIU, MMD, SMD 모두큰변화는없으나미처리원포보다는다소표면이거칠어졌다. 5. 나일론직물, 폴리에스터직물은감즙의패딩처리에따른두께와중량은증가하였다. 6. 감즙의반복염색처리에의하여폴리에스터직물은 6항목의감각평가치중 stiffness, anti-drape stiffness, fullness and softness 값이증가하여직물이뻣뻣해지고약간부피감은생긴다. Flexibility with soft feeling, crispness, scrooping feeling 값은감소하여표면이거칠고건조한느낌의태를나타낸다. 감사의글 본연구는 2013 년도대구대학교학술연구비지원에의해수행되었으며, 이에감사드립니다. References 1. N. Y. Hong and H. K. Yu, Characteristics of Consumers and Their Perceptions of Natural-Dyed Clothes, The International J. of Costume Culture, 11(3), 404(2003). 2. Y. A. Cho, A Study on the Purchasing Conditions of Natural-Dyed Clothing Product 1 - Focusing on the Holding Conditions and Wearing Images, J. Korean Fashion Business, 11(4), 1(2007). 3. Y. S. Han, H. J. Lee, and H. J. Yoo, The Characteristics of Persimmon juice Dyeing Using Padding and UV Irradiation Method(PartⅠ), -Color and Properties of Persimmon juice Dyed Cotton Fabrics-, J. Korean Soc. Clothing and Textiles, 28(6), 795(2004). 4. S. H. Yoon and T. K. Kim, Antimicrobial Finishing of 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

65 감즙염색에의한합성직물의역학적특성 117 Cotton Fabrics Using Gallnut Extracts, Textile Coloration and Finishing, 15(6), 27(2003). 5. Y. E. Kang and S. O. Park, A Study of the Dyeing according to Kinds of Loess, Textile Coloration and Finishing, 15(6), 39(2003). 6. S. J. Park, An Experimental Study on Physical and Chemical Properties of the Fabrics Dyed with Persimmon juice, J. Korean Soc. Clothing and Textiles, 19(6), 955(1995). 7. G. E. Sug and L. H. Seon, Effect of Dyeing by Immature Persimmon juice on the Hand of Fabrics, J. Korean Soc. Clothing and Textiles, 27(8), 883(2003). 8. Y. S. Han, The Antibacterial Activities of Persimmon juice and Persimmon juice Dyed Cotton Fabrics, International J. of Human Ecology, 43(3), 119(2005). 9. M. W. Huh, J. S. Bae, and S. Y. An, Dyeability and Functionality of Silk Fabrics Treated with Persimmon juice, The Korean Society for Clothing Industry, 10(6), 1036(2008). 10. J. S. Bae, Mechanical Properties of Silk Fabrics Dyed with Persimmon juice, The Korean Society for Clothing Industry, 15(1), 156(2013). 11. M. W. Huh, Mechanical Properties and Surface Morphology of Cotton Fabrics Dyed with Persimmon juice, Textile Coloration and Finishing, 24(4), 296(2012). 12. M. W. Huh, Dyeability and Functionality of Cotton Fabrics Treated with Persimmon juice, Textile Coloration and Finishing, 23(4), 241(2011). 13. O. S. Kim and J. D. Jang, Effect of Heating Process on Color Values of Rayon Fabrics Dyed with Persimmon Extract, The Korean Society for Clothing Industry, 11(6), 961(2009). 14. S. D. Lee, The Persimmon Dye with Experiment of Changing Concentration and Iron-dye Process, its Application Possibility for Textile Design, The Korean Society for Clothing Industry, 10(6), 822(2008). 15. S. I. Yoo, S. H. Lee, M. R. Gwak, and T. H. Choi, Properties of Hanji Dyed with the Persimmon juice, J. of Korea TAPPI, 42(2), 82(2010). 16. S. J. Park, Comparative Study on the Manufacturing Process of Persimmon juice, Persimmon Dyeing Method, and Transfiguration of Persimmon-dyed Items in Korea and Japan, Korea J. Community Living Science, 22(1), 77(2011). 17. M. W. Huh and J. S. Bae, Dyeability and Functionality of Synthetic Fabrics Treated with Persimmon juice, Textile Coloration and Finishing, 26(2), 131(2014). 18. J. M. Ahn, M. J. Kim, and S. H. Lee, The Mechanical and Antimicrobial Properties of Chitosan Crosslinked Rayon Fabrics, -Effect of Chitosan and Epichlorohydrin(ECH) Concentration-, Textile Coloration and Finishing, 18(6), 16(2006). 19. H. S. Bae, Changes in Mechanical Properties of Mixed Solution Treatment, Textile Coloration and Finishing, 22(2), 163(2010). Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

66 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 기술학술 ) 아연매염제를이용한뽕잎, 커피천연염재의염색특성 The Characteristic of Natural Dyeing with Mulberry Leaf and Coffee Powder using Zinc Mordant *Corresponding author Jaehoon Ko ellafiz@kitech.re.kr 이종관, 고재훈 1 * 플러스 A 아카데미, 1 한국생산기술연구원 Jonggwan Lee and Jaehoon Ko 1 * Plus A Academy, Seoul, Korea 1 Korea Institute of Industrial Technology, Ansan, Korea Received_December 15, 2015 Revised_January 12, 2016 Accepted_March 29, 2016 Textile Coloration and Finishing TCF 28-2/2016-6/ c2016 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract The use of natural organic dyes obtained from renewable resources such as plants and trees has the potential for not only preserving petrochemicals but also all-endangered environment for coming next generations. In spite of inferior fastness, natural dyes can be employed in the colouration of natural as well as synthetic fibers. Recently, the potentiality of using natural dyes in colouration with additional UV-protection and antimicrobial properties has been reported. This study is aimed to investigate the effect of Zinc compounds compared to another metallic compounds as mordants on the dyeing properties of natural dye extracted from mulberry leaves and coffee. In this study, the results showed Zinc compounds was expose that is more similar than other mordants in washing fastness through a repeated experiment. Also, Zinc is the environmental impact is less material compared with other mordants, essential edibility minerals ingredient that is necessary in human body. Keywords natural dyes, zinc mordant, mordant dyeing, mulberry leaf, coffee, environment impact 1. 서론 근래환경에대한관심이높아지고일부합성염료가인체에유해하다는것이알려지면서천연염료가새롭게부각되고있다 1-5). 이에천연염색을경험과손맛에의존하여접근했던염색전문가들도지금은다양한실험을통해과학적으로접근하고있다. Zn( 아연 ) 은현재많이알려져있는매염제인 Al, Fe, Cu, Cr, Co, Sn 중에서 Al과 Sn을제외한매염제와주기율표상동일한주기에속해있고매염메커니즘이다른금속화합물과유사하며매염시배수의오염허용농도도 Fe( 철 ) 와더불어높은수준이여서매염제로활용가치가높을것으로판단하여, Zn을매염제 6-8) 로사 용하는천연염색에대한연구를진행하였다. 또한 Zn 은친환경적인매염제 9,10) 가될조건을모두훌륭하게갖추었음은물론, 인체에필요한필수식용미네랄성분으로서, 인체에활성산소를억제하고, 특히아세트산아연 (Zn(CH3CO2)2) 은감기약 11) 으로활용되기도하며, 당뇨병치료제 12) 로도개발이되었다. Zn은특정수질유해물질 28개항목에적용되지않는물질로금속염으로형성되었을때비교적안전한화합물이며, Al, Fe, Cu, Sn과같은다른매염염보다쉽게물에녹는장점을가지고있다. 본연구에서수행된천연염색에대한매염제로서의적합성및견뢰도연구결과는추후천연염색분야발전에크게기여할것으로본다. 118

67 아연매염제를이용한뽕잎, 커피천연염재의염색특성 119 다색성염료의염색에는선매염법, 동시매염, 그리고후처리법이있다. 다색성염료의염색메커니즘은염재중에포함된염료에따라모두다르다. 이들중에는그메커니즘이현재까지밝혀져있는것도있고아직제대로연구되어있지않은경우도있다. 또옛문헌에전해지는염색방법은색의농담이나색상에따라염재의사용량, 매염제등이다르고, 섬유의종류에따라서도염색조건이다르다. 꼭두서니, 소목, 자근, 칡잎, 양파외피, 억새, 밤, 도토리, 괴화, 오배자, 석류, 매실나무, 감, 호도, 쑥, 차, 뽕, 커피등이여기에속한다. 이것의염색법은가열하여추출하거나찧어서바로염색하는방법으로행하고있다. 본연구에서는다색성염료중에서플라보노이드계의뽕잎 (Mulberry Leaf) 13) 과타닌계의커피 (Coffee Powder) 염재 14) 를대상으로일반적으로많이사용되어지는매염제 (Al, Fe, Cu) 와 Zn 매염제를사용하여염색한후색상의특성및염색견뢰도비교분석을통해 Zn 화합물의매염제로서가치를알아보고자한다. 2. 실험 2.1 시료및시약실험에사용한직물은 100% 실크 ( 쉬폰, 두께 0.11mm, 중량 48g/m 2 ) 를사용하였다. 뽕염재는북한산에서 2015 년 3월에채취하여서늘한곳에 2일건조후가지, 뿌리, 잎중에서잎만을분류하여사용하였다. 커피염재는추출되어정제되어있는콜롬비아산수프리모원두파우더 (Nescafe) 를상온에서건조후사용하였다. 사용한매염제의종류는 5종이며 Table1 과같다. 염재추출에사용한탄산나트륨 (Na2CO3) 과 ph 조절에사용한수산화나트륨 (NaOH) 과아세트산 (CH3COOH) 은시약 1급그대로사용하였다. 2.2 염액의제조마른뽕잎 20g/L에탄산나트륨 1g/L를더하고 100 에서 30분간끓여 1회추출액을얻었다. 추출액을다른용기에담고동일한농도로 2차추출후 1, 2 회추출액을혼합하여염액을제조하였다. 커피염재는 20g/L의농도로녹여염액을제조하였다. 2.3 염색및매염처리선매염처리 ( 매염-수세 -건조-염색 -수세-건조 ) 는 5가지매염제에대해농도 3% o.w.f., 50, 30분, 액비 1:100 에서매염후수세, 건조하였다. 염색은 IR 염색기 (DL-6000, 대림스타릿 ) 를사용하여염색온도 60, 30분, 액비 1:50 으로하였다. 염색후중성세제를사용하여상온에서수회세정후건조하였다. 2.4 색측정 CCM(Color-Eye 7000A, Macbath, Germany) 을사용하여 D65 광원 10도시야조건에서 nm 사이의반사율로부터산출된 K/S값과측정된 CIE Lab 값으로천연염색원단의색특성을평가하였다. K/S 값을산출한 Kubelka-Munk 식 (1) 은다음과같다. K/S = (1-R) 2 / 2R (1) where K : Absorbance coefficient of dyed material S : Scattering coefficient of dyed material R : Reflectance Table 1. Mordants used in this study No Name Chemical structure Code 1 Aluminium potassium sulfate AlK(SO4)2 12H2O Al 2 Iron(Ⅱ) sulfate FeSO4 7H2O Fe 3 Copper(II) acetate Cu(CH3CO2)2 H2O Cu 4 Zinc acetate Zn(CH3CO2)2 12H2O Zn-1 5 Zinc sulfate ZnSO4 7H2O Zn-2 Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

68 120 이종관 고재훈 Figure 1. Effect of mordants on K/S values of silk fabric with mulberry leaf. Figure 2. Effect of mordants on K/S values of silk fabric with coffee powder. 2.5 염색견뢰도측정세탁견뢰도는 ISO 105 C06, 마찰견뢰도는 ISO 105 X12, 일광견뢰도는 ISO 105 B02(Xenon-arclamp, blue scale), 땀견뢰도는 ISO 105 E04 방법에의거하여 FITI 에서측정하였다. 3. 결과및고찰 3.1 매염제에따른색상특성 Figure 1은뽕잎염재를사용하여염색시매염제에따른실크직물의 K/S를파장별로나타낸것으로 Fe와 Cu 화합물을매염제로사용한경우에겉보기농도가높음을알수있었다. 주로 nm 의파장대에서 흡수가발생하여 green-yellow 색상을나타내었고매염시 nm 의파장대에서흡수는무매염시료보다많이발생하여색상을발현하는데매염이효과가있음을알수있었다. 특히 Cu 화합물을매염제로사용시최대흡수파장이 bathochromic shift( 심색효과 ) 하여주색상의변화가발생하였음을알수있었다. 또한 Fe 화합물을매염제로사용시최대흡수파장은변하지않았으나 700nm 까지흡수가일어나색상의채도는저하되고복합적인색상이나타남을알수있었다. Figure 2는커피염재를사용하여염색시매염제에따른실크직물의 K/S를파장별로나타낸것으로 Fe와 Cu 화합물을매염제로사용한경우에겉보기농도가높음을알수있었다. 전체적으로 500nm 이상까지흡 Table 2. Effect of mordants on CIE Lab(D65) of silk fabric with mulberry leaf and coffee powder Dyes Mordant L* a* b* Mulberry leaf Coffee powder none AlK(SO4)2 12H2O FeSO4 7H2O Cu(CH3CO2)2 H2O Zn(CH3CO2)2 12H2O ZnSO4 7H2O none AlK(SO4)2 12H2O FeSO4 7H2O Cu(CH3CO2)2 H2O Zn(CH3CO2)2 12H2O ZnSO4 7H2O 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

69 아연매염제를이용한뽕잎, 커피천연염재의염색특성 121 Table 3. Color fastness of the dyed silk with mulberry leaf as mordants Mordant Washing Rubbing Perspiration Light Dry Wet Acid Alkali none AlK(SO4)2 12H2O FeSO4 7H2O Cu(CH3CO2)2 H2O Zn(CH3CO2)2 12H2O ZnSO4 7H2O 수가일어나뽕잎염재와비교하여 red 색상이섞인전형적인커피색상을나타내었다. 뽕잎염재와마찬가지로매염시전파장영역에서의흡수는무매염시료보다많이발생하여색상을발현하는데매염이효과가있음을알수있었다. 커피염재의경우다색성염료 15) 임에도불구하고 bathochromic shift 현상은나타나지않았고전체적으로유사한색조를나타내었다. 다만 Fe 화합물과 Cu 화합물을매염제로사용시전파장영역에서흡수가일어나색상의채도는저하되고복합적인색상이나타남을알수있었다. Table 2는염색시매염제에따른실크직물의 Lab 값을나타낸것으로 Fe와 Cu 화합물을매염제로사용한경우에명도가낮아어두운톤을나타내는것을알수있다. 뽕잎염재의경우 Fe를사용하였을때붉은색이가장강했으며 Al과 Cu를사용했을때노랑색조를가장많이나타내었다. 커피염재의경우 Fe와 Cu가유사한색조를나타내었다. 3.2 매염제에따른견뢰도 Table 3은뽕잎염재를사용하여염색시매염제에따른실크직물의견뢰도를나타낸것으로무매염이우 수한결과를나타낸것으로보이나 Figure 1에나타난바와같이무매염은실제염착량이매우적어견뢰도결과가크게의미가없는것으로판단된다. 마찰견뢰도는매염제의종류와상관없이건, 습모두우수하게나타났고땀견뢰도는산성땀, 알칼리땀모두낮은수준의견뢰도를나타내었다. 뽕잎염재를사용하여실크직물매염시땀견뢰도의향상은기대하기어려울것으로판단된다. 일광견뢰도는겉보기농도가높은 Fe, Cu 매염시료가우수하게나타났으나세탁견뢰도가변퇴색 1급으로매우낮아활용이어려울것으로여겨진다. Zn 선매염시세탁견뢰도가매우우수하게나타났는데특히 ZnSO4 7H2O 의경우세탁견뢰도 3-4급으로염색이미미하게된무매염시료와비교하여도반등급이상의우수한결과를나타내었다. Zn 매염제사용시일반적으로사용되는 Al 매염제와비교하여도동등수준의일광견뢰도를나타내었다. 본연구를통해뽕잎염재를사용한천연염색시 Zn 화합물이염색성과견뢰도측면에서볼때우수한매염제로활용될수있음을확인하였다. Table 4는커피염재를사용하여염색시매염제에 Table 4. Color fastness of the dyed silk with coffee powder as mordants Mordant Washing Rubbing Perspiration Light Dry Wet Acid Alkali none AlK(SO4)2 12H2O FeSO4 7H2O Cu(CH3CO2)2 H2O Zn(CH3CO2)2 12H2O ZnSO4 7H2O Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

70 122 이종관 고재훈 따른실크직물의견뢰도를나타낸것으로무매염이우수한결과를나타낸것으로보이나 Figure 2에나타난바와같이무매염은실제염착량이매우적어견뢰도결과가크게의미가없는것으로판단된다. 또한뽕잎염재와마찬가지로마찰견뢰도는매염제의종류와상관없이모두우수하게나타났고땀견뢰도는모두낮은수준의견뢰도를나타내었다. 일광견뢰도는겉보기농도가높은 Fe, Cu 매염시료가뽕잎염재와마찬가지로우수하게나타났으나 Fe 화합물매염의경우세탁견뢰도가변퇴색 2급으로낮아활용이제한적일것으로여겨진다. Fe를제외한매염제의선매염시세탁견뢰도가우수하게나타났는데특히 Cu(CH3CO2) 2H2O 의경우세탁견뢰도 4급으로염색이미미하게된무매염시료와비교하여도 1등급이상의우수한결과를나타내었다. 그러나 Cu의경우배수의허용오염농도 16) 가 3mg/L, Zn(5mg/L) 과 Fe (10mg/L) 에비해낮아사용시제한적일수있다. 커피염재를사용하여매염시우수한견뢰도를얻기위해서는 Cu계매염제를사용하는것이적합하나, 환경문제를고려한다면짙은색상을요구할시에는 Fe계매염제, 우수한세탁견뢰도를요구할시에는 Zn계매염제를사용하는것이적합할것으로판단된다. 3.3 혼합매염제사용에따른염색및견뢰도특성 Figure 3은커피염재를사용하여염색시혼합매염제에따른실크직물의 K/S를파장별로나타낸것으로각각의매염제사용량은 2% o.w.f로 2종혼합시 4% o.w.f가사용되었다. FeSO4 와 Zn(CH3CO2)2 혼합매염제를사용한염색시매염제의양은단독으로매염제를사용했을경우와비교하여약 33% 증가하였고최대흡수파장에서의겉보기농도는 2.5에서 3.5로 Fe 매염제를단독으로사용했을때보다약 40% 진하게나타났다. Cu(CH3CO2)2 와 Zn(CH3CO2)2 혼합매염제를사용한염색시사용한매염제의양은약 33% 증가하였으 Figure 3. Effect of mixed mordants on th K/S values of silk fabric with coffee powder. 나최대흡수파장에서의겉보기농도는 Cu 매염제를단독으로사용했을때보다 10.5% 진하게나타나 Fe와 Zn과의혼합매염제사용이 Cu 매염제혼합사용보다색상의농도측면에서유리함을알수있었다. 선매염이기때문에염재의사용량대비겉보기색상이낮은수치를나타낸것은실제염착좌석이부족하게형성되어나타난현상으로판단된다. Zn 금속염과 Cu 금속염이경쟁적으로실크에반응하여피염물에염착좌석이부족하게형성되어진것으로추정되나정확한원인분석을위해서는각각매염제의매염속도에대한추가연구가필요하다. Table 5는혼합매염제를사용하여커피염재로실크직물을염색했을때견뢰도를나타낸것으로 FeSO4 와 Zn(CH3CO2)2 혼합매염제를사용한염색시 Fe 매염제를단독으로사용했을때와비교하여동일한세탁, 일광견뢰도수준을나타내었는데, K/S 수치가 1이상증가한것을감안한다면세탁견뢰도측면에서혼합매염제의사용이개선효과가있는것으로판단된다. 또한 3급이상의우수한세탁견뢰도를얻기위해서는매염제의사용량을줄이고염색직물의겉보기농도를 3이하로제어해야함을알수있었다. Cu 매염제와의혼합 Table 5. Color fastness of the dyed silk with coffee powder as mixed mordants Mordant Washing Light FeSO4 7H2O + Zn(CH3CO2)2 12H2O Cu(CH3CO2)2 H2O + Zn(CH3CO2)2 12H2O 한국염색가공학회지제 28 권제 2 호

71 아연매염제를이용한뽕잎, 커피천연염재의염색특성 123 사용은견뢰도를감소시킴과더불어색상측면에서도크게향상효과가없었다. 4. 결론 본연구에서는뽕잎과커피염재를사용하여 Zn 매염제의활용가능성을검토하였다. 뽕잎염재를사용했을때색상과일광견뢰도에서 Al 매염제와유사한성능을나타내었고, 세탁견뢰도는일반적으로사용되는다른매염제와비교하여우수하게나타났다. 특히 ZnSO4 사용시 3-4급수준의우수한세탁견뢰도를나타내어 Zn이매염제로충분히사용될수있음을확인하였다. 커피염재를사용했을때색상, 일광견뢰도, 세탁견뢰도에서 Al 매염제와유사한성능을나타내었다. 커피염재를사용했을때는 Cu 매염제가우수한 K/S, 견뢰도를나타냈는데 Cu 매염제는환경부하가높은금속염으로환경부하가낮은금속인 Fe와 Zn과의혼합매염제의사용을검토하였다. Fe와 Zn과의혼합매염제사용은 Zn 매염제를사용했을때의단점인낮은염색 yield, 일광견뢰도와 Fe 매염제를사용했을때의낮은세탁견뢰도문제를상호보완하여커피염재로염색시효과적일것으로기대된다. References 1. T. Bechtold, A. Mahmuli, and R. Mussak, Natural Dyes for Textile Dyeing, Dyes and Pigment, 75, 287(2007). 2. Y. H. Park and Y. J. Nam, The Antibacterial Activity and Deodorization of Fabric Dyed with Lithospermi Radix Extract, J. Korean Society of Clothing and Textiles, 27(1), 60(2003). 3. A. K. Samanta and A. Konar, Dying of Textiles with Natural Dyes, Natural Dyes, In Tech, pp , H. Lee and E. Kang, Dyeing of Cotton Fabrics using Residual Parts of Cultivated Pteridium aquilinum, Textile Coloration and Finishing, 26(1), 53(2014). 5. J. H. Choi, U. Hong, R. Choi, and J. Koh, Mordanting Effects on the Dyeing Properties of Noni Root Extracts on Silk Fabrics, Textile Coloration and Finishing, 26(3), 242(2014). 6. M. Shahid, S. Islam, and F. Mohammad, Recent Advantage in Natural Dye Applications, J. of Cleaner Production, 53, 312(2012). 7. G. H. Zheng, H. B. Fu, and G. P. Liu, Application of Rare Earth as Mordant for the Dyeing of Ramie Fabrics with Natural Dyes, Korean J. Chem. Eng., 28, 2148(2011). 8. A. Ali, S. Ali, H. Saleem, and T. Hussain, Effect of Tannic Acid and Metallic Mordants on the Dyeing Properties of Natural Dye Extracted from Acacia Nilotica bark, Asian J. of Chemistry, 22(9), 7068(2010). 9. C. F. Mills, Zinc in Human Biology, Springer-Verlag, Berlin, pp.1-14, M. Karamali, Z. Heidarzadeh, S. M. Seifati, M. Samimi, Z. Tabassi, M. Hajijafari, Z. Asemi, and A. Esmaillzadeh, Zinc Supplementation and the Effects on Metabolic Status in Gestational Diabetes, J. of Diabetes and its Complications, 29, 1314(2015). 11. D. Hulisz, Efficacy of Zinc Against Common Cold Viruses, J. of the American Pharmacists Association, 44, 594(2004). 12. C. C. Lin, G. J. Tsweng, C. F. Lee, B. H. Chen, and Y. L. Huang, Magnesium, Zinc, and Chromium Levels in Children, Adolescents, and Young Adults with Type 1 Diabetes, Clinical Nutrition, 1, 4(2015). 13. H. O. Boo, S. J. Hwang, C. S. Bae, S. H. Park, B. G. Heo, and S. Gorinsteine, Extraction and Characterization of Some Natural Plant Pigments, Industrial Crops and Products, 40, 129(2012). 14. Y. H. Lee, Dyeing, Fastness, and Deodorizing Properties of Cotton, Silk, and Wool Fabrics Dyed with Coffee Sludge(Coffea arabica L.) Extract, J. of Applied Polymer Science, 103(1), 252(2007). 15. S. W. Ko and J. H. Ko, Natural Dyes, KOTITI, Korea, p.120, Ministry of Environment, Effluent Quality Standard of Water Pollutants, Notification No 34(13) of the Ministry of Environment, Ministry of Environment, Korea, Textile Coloration and Finishing, Vol. 28, No. 2

72 한국염색가공학회지투고요령 1. 논문의원고는 A4 용지 20 면내외 ( 표, 그림포함 ) 로국문또는영문으로작성하여홈페이지온라인논문투고시스템 ( 을통하여제출하여야한다. 2. 논문게재가확정된이후에는공동저자추가및수정이불가하다. 3. 논문은다음에따라작성한다. (1) 사용언어는국문, 영문중택일하고가로쓰기를원칙으로한다. (2) 프로그램은한글이나 MS WORD 를사용하며, 다단, 글자크기, 서체등은자유형식이다. (3) 논문의순서는다음과같다. 가 ) 논문종별 : < 연구논문 ( 학술또는기술 )> 나 ) 국문 : 제목, 저자명, 소속 (0,1,2... 표시 ) 다 ) 영문 : 제목, 저자명 (fullname), 소속 ( 근무처, 지역, 국가 ) 다 ) ( 예 ) Kil Dong Hong Department of Textile, University, Daegu, Korea 라 ) 주저자 (first author) : 저자가다수인경우맨앞에나열한다. 마 ) 공저자 (joint author) : 연구에직접참여한연구인력을말하며, 연구에간접적지원 ( 단순분석등 ) 은공저자로인정하지않는다. 바 ) 교신저자 (corresponding author) : * 로표시하고, 을기재해야한다. 사 ) Abstract : 영문 200 단어내외아 ) Keywords : 영문 5-6 개자 ) 서론, 실험방법, 결과및고찰, 결론차 ) 감사의글 (Acknowledgement) 카 ) 참고문헌 (References) : 영문 10 개이상타 ) 표 : 본문에배치하며, Table 로표시하여표상단에위치한다. 표헤드아래 2 줄로구분, 표안세로줄은투명하게표시한다. 파 ) 그림 : 본문에배치하며, Figure 로표시하여표하단에위치한다. 해상도 600dpi 이상으로인쇄시선의굵기와글자가선명해야한다. 그래프축항목 ( 단위 ) 은반드시표시해야한다. 하 ) 그림, 구조식, 사진 : 축항목, 범례, 단위표시, 구조식모양은전체일관성있게작업하고, 선명도및통일성결여시논문접수를거절할수있다. (4) 표와그림의캡션설명은영문으로작성한다. 그림과표내의긴단어는적당한약어로대치하고사용 한약어의정의를나타내어야한다. 4. 수량의단위는 S.I. 단위를원칙으로한다. 5. 인용한잡지명은이탤릭체로영문표기를원칙으로하며, Chemical Abstracts 에따라 Full Name 으로작성한다. 5. 한국염색가공학회지의경우 ; Textile Coloration and Finishing 로표시한다. 6. 인용된참고문헌은본문에해당되는어구의우측어깨에아라비아숫자로 1,2) 또는 11,13-17) 으로나타낸다. 7. 인용된참고문헌들은본문에인용된순서로일련번호를붙여서영문으로작성하고, 형식은아래의양식에따른다. (1) 학술잡지 : 저자명, 제목, 학술지명, 권 ( 호 ), 시작페이지, 년도순으로작성한다. (1) 예 1 T. K. Kim, K. J. Jang and S. Jeon, Synthesis of Red Disperse Dyes with Various Diazo Components, Textile Coloration and Finishing, 22(1), 300(2010). (2) 서적 : 저자명, 서적명 ( 따옴표 ), 출판사명, 출판도시 ( 지역 ), 페이지, 년도순으로작성한다. (1) 예 2 G. Socrates, Infrared and Raman Characteristic Group Frequencie, 3rd ed., John Wiley, New York, pp , (3) 특허 : 저자명, 특허번호, 년도순으로작성한다. (1) 예 3 Y. Tetsuya, T. Sikeru, D. Katsutosi, Korea Pat (1993). (4) 학술발표회 : 저자명, 제목, 논문집명 ( 행사명 ), 개최도시, 권, 페이지, 년도순으로작성한다. (1) 예 4 Y. J. Lee, J. H. Park, and B. D. Jeon, A Study on Neutral Salt Effects of Dyeing for Aramid, Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference, Daegu, Vol.20, p.187, (5) 학위논문 : 저자명, 논문명, 학위, 학교명, 년도순으로작성한다. (1) 예 5 Y. L. Jang, A Study on Dyeing according to ph and Mordant in Dyeing of Gromwell, M.S.(Ph.D.) Thesis, Ehwa Women's University, (6) 인터넷 : 인용한 URL 주소와날짜를기재한다. (1) 예 논문교정은교신저자 ( 또는주저자 ) 가직접한다. 9. 연구과제, 재정지원등은감사의글에명시한다. 10. 논문은 ithenticate 또는 crosscheck 통해투고시, 게재시 2 회표절중복검사를시행한다.

73 NOTE TO AUTHORS 1. Scope of Journal Textile Coloration and Finishing, the Journal of the Korean Society of Dyers and Finishers, publishes original research on all aspects of coloration, finishing and related textile science and technology, which has not been or is not to be published elsewhere. The editors welcome publication type regular articles, notes, letters, communications, and reviews. Regular articles are comprehensive reports of significant results and should have high scientific quality and originality. Communications should be preliminary reports of unusual urgency and significance. A more complete paper may be published at a later date. A Note deals with a limited subject which requires no further elaboration in the future. Reviews should be short, critical surveys of progress in limited fields of research made in recent years. Textile Coloration and Finishing publishes ISSN print edition( ) and electronic edition ( X). 2. Authorship and Ethical Issued For the policies on the research and publication ethics not stated in this instructions, International standards for editors and authors can be applied. ( -and-authors). 3. Electronic Submission of Manuscripts A file of manuscript in any reviewing steps should be submitted via online submission menu at http: // Unless prepared properly according to the guidelines, all manuscripts may have to be rejected solely because they require excessive editing. Instructions to authors should strictly be followed before submission of any manuscript to the journal. In case typed manuscript has to be submitted, consult with the publication coordinator of the society. Contact information for the corresponding author, including an address, and telephone number, must be provided with all submissions. Authors are asked to sign a copyright transfer form. Questions should be sent by to ksdf@ ksdf.or.kr or taekyeong@knu.ac.kr Peer Review Process All manuscripts are subject to experts peer review process. Reviewers are consist of three. The reviewers make effort to ensure that manuscripts are fairly and independently reviewed( ksdf.or.kr/screen). Plagiarism check ithenticate( com) or CrossCheck( 5. Preparation of Manuscript Manuscripts must be typed in clear and concise English or Korean typed in Word(Microsoft), hwp on one side of A4 paper with adequate margin, including the reference section. All pages less than 20 pages in length including tables and figures should be numbered consecutively. Received date and revised date will be assigned after the manuscript or revised manuscript are arrived to the office. Accepted date will be assigned after the final decision is made. The following specific items should be noted. (1) Title: The title should be concise but informative enough to facilitate information retrieval. Acronyms are not allowed in the title. Chemical name rather than chemical symbol are to be used in the title. (2) Author s Names and Affiliations: Author s full name should be provided in the order of given name, middle name and family name. The affiliations of the authors at the time the work was performed should be presented, with the institution and department names presented in full, along with the city, state and country. Do not include local address information, such as street name. Corresponding author should include addresses on the cover page of the manuscripts. (3) Abstract: An abstract of about 200 words or less must be accompanied with each manuscript. The abstract should briefly state the purpose of the research, new or unusual methods used in the experimental procedure, significant results, and

74 the conclusions of the articles. The abstract should avoid the use of jargon and other terminology that would render its content inaccessible to the nonspecialist. No footnotes for references may appear in an abstract. At least 5 key words should be followed after the Author s abstract, beginning with the headline key words. (4) Text Sections: The text of each paper should be divided into three or more sections. Typical section titles are as follows: 1. Introduction, 2. Experimental, 3. Results and Discussion, 4. Conclusions(or Summary) (5) Acknowledgment: A brief acknowledgment section may be presented immediately proceeding the reference section to acknowledge the financial or non financial support. (6) References: References are to be listed at the end of the paper in the order they are cited in the text, using each Author s first initials and last name. Do not use et al. in the references. Chemical abstracts abbreviations must be used. Citations of other than the generally available literature should be avoided if possible. Formats of typical references are as follows: 1. T. K. Kim, K. J. Jang, and S. Jeon, Synthesis of Red Disperse Dyes with Various Diazo Components, Textile Coloration and Finishing, 22(1), 300(2010). 2. G. Socrates, Infrared and Raman Characteristic Group Frequencie, 3rd ed., John Wiley, New York, pp , Y. Tetsuya, T. Sikeru, D. Katsutosi, Korea Pat (1993). 4. Y. J. Lee, J. H. Park, and B. D. Jeon, A Study on Neutral Salt Effects of Dyeing for Aramid, Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference, Daegu, Vol.20, p.187, Y. L. Jang, A Study on Dyeing according to ph and Mordant in Dyeing of Gromwell, M.S.(Ph.D.) Thesis, Ewha Womans University, (7) Figures: Each figure must be clearly identified with a figure number and caption. Micrography should be glossy, black and white prints and must have a labeled unit length within the body of the picture. (8) Tables: The title should be as concise as possible. Tables should be numbered in Arabic numerals and given a clear descriptive title at the top. (9) Equations: Equations should be neatly typed, punctured and aligned to bring out their structure, and numbered on the right. (10) Notations: The SI system of units should preferably be used for any numerical information. Nomenclature should appear at the end of each paper. Symbols should be listed in alphabetical order with their definitions in SI units. 6. Proofs and Reprints Galley proofs with reprint order forms are sent to the author. Proofs should be checked against the manuscript and returned as soon as possible, along with the filled-out reprint order form. 7. Publication Charge and Reprints Upon the submittance of manuscripts, authors will be charged of review process. And the authors and their institutions(or companies) are required to pay a publication charge. Color illustrations or Additional reprints will be furnished when ordered with the return of galley proofs. Authors must pay the fee after their manuscript has been accepted for publication. 130,000 won 5 or fewer published pages +30,000 won 1+ page 8. Copyright A file of the published manuscript will be sent to the corresponding author. All accepted manuscripts, artwork and photographs become the property of the Korean Society of Dyers and Finishers according to the copy right transfer which should be submitted before publication. 9. Address of the Editor-in-Chief Taekyeong Kim(Kyungpook National University) TEL : taekyeong@knu.ac.kr

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