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은정 음
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1 한국염색가공학회지 Vol. 21, No. 1, pp.59 66(29. 2) 연구논문 ( 학술 ) 폴리에스터섬유의저욕비염색공정에있어서직물특성과균염성의상관성분석 정종석 장경진 1 김태경 조성우 2 이용진 2 남창우 3 경북대학교기능물질공학과, 1 경북대학교섬유시스템공학과 2 명성기계주식회사, 3 한국생산기술연구원 Correlation between Levelness and Fabric Characteristics for Low Liquor Ratio Dyeing Processes of Polyester Fibers Jongsuc Jung, Kyungjin Jang 1, Taekyeong Kim, Sungwoo Cho 2, Yongjin Lee 2 and Changwoo Nam 3 Dept. of Advanced Organic Materials Science and Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea 1 Dept. of Textile System Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea 2 Myungsung Machinery Co., Ltd., Kyungbuk, Korea, 3 Korea Institute of Industrial Technology, Ansan, Korea (Received: July 25, 28/Revised: September 12, 28/Accepted: February 2, 29) Abstract The seven kinds of polyester fabrics having different fabric characteristics were investigated in terms of their dyeing levelness under various liquor ratios. The levelness was evaluated statistically from color strength obtained at different sections of each piece of dyed fabrics. The color strength data were analyzed using a exponential decay function of 3 parameters, y=y +ae -bx. The b value of the function was used as a index of sensitiveness of dependence on liquor ratio of levelness. The index, b value, showed a linear proportional relationship to thickness of fabrics. Average unlevelness of dyeings exhibited a inverse proportional relationship to both weight and thickness of fabrics. Keywords: polyester, fabric characteristics, dyeing, low liquor ratio, levelness 1. 서론 모든산업에있어서에너지와자원의소비는필연적이다. 산업의특성에따라그소비량에차이는있을지라도원자재를활용하여제품을생산하는산업군에있어서는대량의에너지와자원을소비하지않고는원천적으로생산이불가능하다. 섬유산업은천연으로부터얻은또는석유로부터합성한고분자물질을사용하여원사를제조하고, 이로부터제직또는편직등의공정을통해직편물등을제조한다. 이들은다시염색과가공등의공정을거쳐의류용을포함한각종섬유제품으로생산된다. 이러한섬유산업역시그제조공정의전반에걸쳐서다량의원료물질과에너지를소비하고있으며, 이중에서특히에너지의소비는다른산업에비해서 상당히높은것으로조사되어있다 1,2). 에너지의소비량을줄이기위한다방면에서의노력이이루어지고있는가운데섬유산업에서도제품의생산성이나품질은저하시키지않으면서도에너지를가급적적게사용하기위한기술및공정개발들이많이시도되고있으며이러한시도들은섬유산업중에서도특히에너지의소비가많은염색가공공정이주를이루고있다. 그예로써, 고흡진염료기술, 저온염색기술, 초임계염색기술, 무염료발색기술, 자외선경화가공기술등이알려져있고현재에도많은연구들이진행되고있다 3-13). 이들기술들의핵심은공정과설비의개발과함께새로운소재나염조제, 가공제와같은원료물질의개발이병행해서이루어지는기술들에속한다. Corresponding author. Tel.: ; Fax.: ; taekyeong@knu.ac.kr J. of the Korean Soc. of Dyers and Finishers, Vol. 21, No. 1Ⅰ59Ⅰ

2 정종석 장경진 김태경 조성우 이용진 남창우 또다른에너지절약기술로써저욕비염색기술을들수있다. 저욕비염색기술은염색에사용되는물의양을기존의욕비 1:5~1:1 정도에서그이하로줄이는기술로서직접적으로는물의소비량을줄일뿐아니라염액이나수세액의승온에소모되는에너지의사용을함께줄이고추가적으로는폐수의배출량과폐수처리비용까지도감소시키는에너지자원절약기술이다 14,15). 그러나저욕비염색기술이현실화되기위해서는적은양의용수로최대의효율을낼수있는염색설비의개발이필수적이다. 따라서산업적인면에서염색기계제조메이커에의해여러차례이와관련한기술개발들이시도되어왔고현재에도꾸준한연구개발이이루어지고있다 16,17). 본연구는이러한저욕비염색기술에관한것으로서폴리에스터섬유의고압염색시욕비가감소함에따라균염성이저하되는현상을직물의특성과관련지어분석하였다. 일반적인액류순환식직물염색공정에서의염색은직물의총무게기준으로투입하므로직물의두께가두껍고중량이무거운직물의경우투입되는직물의면적은상대적으로줄어들게되고, 반대로얇거나가벼운직물의경우보다면적은넓어지게된다. 현장작업자들의경험에의하면두껍고무거운직물일수록균염성이우수하고얇고가벼운직물일수록균염성이불량해진다고알려져있다. 따라서본연구에서는근본적으로균염성의확보가어려운저욕비염색기술에서직물의두께나중량의변화가욕비별균염성에얼마나민감하게영향을끼치는지를조사하고분석하여저욕비염색기술개발에대한기초연구로서활용하고자하였다. 2. 실험 2.1 실험재료 시료물리적특성이다른 1% 폴리에스터직물 7종에대하여소재특성을분석하고, 욕비별염색실험에사용하였다. 각 PET 직물의특성은 Table 1과같다 염료및시약본실험에서는직물에나타나는불균염의인식에있어서판별이용이한것으로알려진 Navy계열색상의분산염료가운데 Synolon N/Blue K-GLS ( 경인양행 ) 를정제없이사용하여 PET 직물을염색하였으며, 염색후환원세정에는 sodium hydroxide (NaOH) 와 sodium hydrosulfite(na 2 S 2 O 4 ) 의특급시약을 Aldrich사로부터구매하여사용되었다. 2.2 실험방법 직물특성분석 7종의 PET 직물에대하여단위면적당무게, 두께, 단위폭당경사및위사의밀도, 경위사의굵기등을측정하였다. 단위면적당의직물무게는경위사각방향의 5cm 크기의직물의무게를측정하여단위면적당의무게로환산하였다. 직물의두께측정에는 Peacock Dial Thickness Gauge(Ozaki, Japan) 를이용하였고, 경위사의밀도및굵기는실체현미경 SMZ1(Nikon, Japan) 과이미지분석소프트웨어를활용하여측정하였다. Table 1. Characteristics of polyester fabrics used in the experiments Sample Weight (g/m 2 ) Thickness (µm) Fabric density Yarn thickness(µm) (threads/5mm) Warp Weft Warp Weft PET PET PET PET PET PET PET Ⅰ6Ⅰ 한국염색가공학회지제 21 권제 1 호

3 폴리에스터섬유의저욕비염색공정에있어서직물특성과균염성의상관성분석 염색 7종의각 PET 시료 1g에대해염료농도 (1% owf), 온도 (13 ) 및시간 (6분) 의조건을동일하게설정하고, 욕비를 1:2에서 2까지 1가지조건으로다양하게적용하여염색하였다. 염색된시료를 NaOH 2g/l 및 Na 2 S 2 O 4 2g/l와 1:2의욕비로 7 에서 2분간환원세정을하였다. 염색은대림스타릿의 IR 고압염색기를사용하였다 균염성측정다양한욕비에서염색된시료를동일한면적으로 9 등분 ( 가로 3 구획 세로 3 구획 ) 하고각구획에대하여 36~74nm 파장범위에서 1nm 간격으로반사율을측정하였다. Kubelka-Munk 식을이용하여 K/S 값을산출하고측정범위의파장대에대해서합산한 를욕비별로나타내고, 이결과를활용해균염성을판정하였다. 반사율측정에사용된장비는 Konica- Minolta Spectrophotometer CM-36d(Japan) 이며 D65 광원에 1 시야로측정하였다 각구획별 표준편차율의욕비의존성분석욕비에따른 값분포도의변화경향을수치화하기위해식 (1) 과같이일정욕비에서 Total K/S 의표준편차를구하고이를평균값에대한비율로나타낸값을계산하여분석하였다. (1) 각구획별 표준편차율의욕비의존성회귀분석수치적해석과특정공정모델확립을위한상수값을얻어내기위해서측정된데이터들에대한회귀분석을아래식 (2) 에의해수행하고세가지상수값 (y, a, b) 중 b 값을이러한욕비의존민감도를나타내는데사용하였다. (2) y : Standard deviation of total K/S(unlevelness) x : liquor ratio y, a, b : constants 3. 결과및고찰 3.1 PET 직물의욕비별상대적균염성 7 종의시료들을욕비별로염색한후각욕비에따른균염성을조사하여 Fig. 1 에나타내었다. Fig. 1 에서각욕비에서 값이좁게분포할수록균염성이우수한것을나타내고, 그값이위아래로넓게퍼질수록균염성이좋지않음을의미한다. 욕비가낮아짐에따라대부분의시료에서균염성이저하되고있음을알수있다. 3.2 각구획별 표준편차율의욕비의존성 Fig. 1의결과는시료가각욕비에서의균염성을나타내는결과이기는하지만욕비변화에따른시료의균염특성변화경향을체계적으로이해하기는다소곤란하므로이를일반화된공정모델확립의상수값으로사용하기위해서는변화경향을나타낼수있는수치적 factor를찾아낼필요가있다. 이러한경향을이해하기위해서는 Fig. 1의그래프상에서욕비가낮아짐에따른 값분포도의변화경향을수치화해야한다. 이를위해일정욕비에서 의표준편차를구하고이를평균값에대한비율로나타낸값을계산하여 Fig. 2에나타내었다. Fig. 2의 (b) 와 (d) 는욕비가낮아짐에따라서직물의불균염도가완만하게상승하는것으로나타나고있고, (c) 와 (e) 는낮은욕비에서급격한균염성의변화가일어나는것을확인할수있다. 그리고 (a) 는욕비가감소함에따라불균염도가비교적점진적으로커질뿐만아니라그값도아주크게나타난반면, (g) 는전체욕비에서불균염도가낮아욕비에관계없이균염이잘이루어짐을알수있다. 이와같은현상을통해두가지결과를알수있는데, 첫째는욕비에따른 의표준편차율 (unlevelness) 값이욕비에따라어느정도민감하게의존하느냐하는것과둘째는표준편차율값자체가전체적으로높은가낮은가하는것이다. 전자의경우는다시두가지로구분할수있는데하나는어떤욕비이상에서는균염성이양호하다가어떤욕비이하에서균염성이현저히나빠지는경우이고, 다른하나는욕비가감소함에따라점진적으로균염성이나빠지는경우이다. J. of the Korean Soc. of Dyers and Finishers, Vol. 21, No. 1Ⅰ61Ⅰ

4 정종석 장경진 김태경 조성우 이용진 남창우 (a) PET1 (b) PET (c) PET3 (d) PET (e) PET5 (f) PET (g) PET7 Fi g. 1. Distribution of color strengths taken at different sections of polyester fabric. Ⅰ62Ⅰ 한국염색가공학회지제 21 권제 1 호

5 폴리에스터섬유의저욕비염색공정에있어서직물특성과균염성의상관성분석 (a) PET1 (c) PET (e) PET (b) PET (d) PET (f) PET (g) PET7 Fi g. 2. of polyester fabrics according to liquor ratio. J. of the Korean Soc. of Dyers and Finishers, Vol. 21, No. 1Ⅰ63Ⅰ

6 정종석 장경진 김태경 조성우 이용진 남창우 3.3 각구획별 표준편차율의욕비의존성회귀분석 앞서 항에서설명한회귀분석식의특징은 b 값에따른그래프의변화를나타낸 Fig. 3 에서도알수있듯이, b 값이작으면 x 값 ( 욕비 ) 의증감에따라그래프가완만하게변하는반면 b 값이크면일정 x 값이하에서기하급수적으로증가하는양상을보인다. 이와같이균염특성의욕비의존민감성 (sensitiveness of dependence on liquor ratio of levelness) 을나타내는 b 값을실험에사용한소재의특성치와연관시켜상관성을분석한결과, 특이한상관성을보이는직물의특성치는직물의두께이다. 이를확인하기위해 b 값과직물두께와의관계를 Fig. 4 에나타내었다. Fig. 4 에의하면직물이두꺼워짐에따라 b 값이비례적으로증가하는경향이나타나는데이것은직물이두꺼워짐에따라일정욕비이하에서 갑자기균염성이저하되는욕비의존민감도가크다는것을나타낸다. b 값이작으면균염성이욕비에아주완만하게영향을받는다는것을의미한다. 따라서이러한 b 값을활용하면전반적으로직물의두께변화에따른균염성의욕비의존민감도를예측할수있을것으로사료된다. 여기서 b 값은균염성의욕비의존민감도를알수있는특성치이긴하지만실제로그소재가전반적인욕비에대해서전체적인균염성이좋은가혹은나쁜가를알려주지는못한다. 앞에서언급한바에의하면 Fig. 2 의욕비별 표준편차율그래프에서얻을수있는또다른결과는표준편차율값자체가전체적으로높은가낮은가하는것이다. 이값은그소재자체가전반적으로균염성이좋은가나쁜가를나타낼수있으므로이값을직물의특성치와연관시켜관찰할필요가있다. 이를위해각욕비에서얻은 의표준편차 Y Data b = 1. b = 2. b = X Data Fi g. 3. Effect of constant b on the variation of curve patterns of function. Average unlevelness Weight of fabric (g/m 2 ) Fi g. 5. Relationship between average unlevelness and weight of polyester fabrics. b value Thickness of fabric (μm) Fi g. 4. Relati onshi p bet ween b values and thi ckness of polyester fabrics. Average unlevelness Thickness of fabric ( μm ) Fi g. 6. Relat i onshi p bet ween average unlevelness and thickness of polyester fabrics. Ⅰ64Ⅰ 한국염색가공학회지제 21 권제 1 호

7 폴리에스터섬유의저욕비염색공정에있어서직물특성과균염성의상관성분석 율의평균값을구하고이를평균불균염도 (average unlevelness) 로나타내었다. 이값의의미는모든욕비에대한 의표준편차율을평균한값이므로욕비에상관없이그소재가어느정도의불균염성을가지는가를나타낼수있다. 단위면적당무게와두께에대한평균불균염도를각각 Fig. 5 와 Fig. 6 에나타내었다. 각각의그래프에서확인할수있듯이, 각소재의평균불균염도는직물의중량과두께에반비례하는관계가성립하는것으로분석되었다. 즉, 직물의중량이가벼워지고직물의두께가얇아질수록그직물의일반적불균염성은커진다는것을알수있다. 이러한현상은직물을염색할때중량단위로염색하므로동일중량에서두께가얇으면상대적으로면적이넓어지게되어불균염이발생할확률이상승하기때문이며, 이경향은저욕비일경우에두드러지게나타날것으로생각된다. 4. 결론 PET 직물을위한저욕비염색기술개발을위하여다양한 PET 직물에대해특성별로욕비에따른균염성을조사하고그데이터를바탕으로균염성의경향을수치화할수있는체계를마련하고자연구하였다. 회귀분석에서욕비의존민감도를나타내는 b 값을소재의특성치와연관시킨상관성분석을통해, 두꺼운직물일수록 b 값이비례적으로증가하여일정욕비이하에서갑자기균염성이저하되는욕비의존민감도가큰것으로나타났다. 각욕비에대한 표준편차율로나타낸평균불균염도를분석한결과는직물중량이가볍고두께가얇을수록그직물의일반적불균염성은증가하였다. 참고문헌 1. IEA, Energy conservation in the International Energy Agency 1978 Review, 7, OECD, D. Balmforth, Energy and Water Use and Conservation the Textile Industry - A Literature survey 1973~1977, ITT Report 51, Institute of Textile Technology, Charlottesville. 3. S. H. Lee, J. M. Park, S. J. Park, and J. H. Jeong, Studies on the Effluent Characteristics of Dyeing Wastewater by Textile Classification, J. Korean Soc. Water Quality, 23(6), (27). 4. S. K. Dho, Dyeing of Wool at Low Temperature, J. Korean Soc. Dyers & Finishers, 15(6), 55-62(23). 5. A. Bendak, Low-temperature dyeing of protein and polyamide fibres using a redox system, Dyes & Pigments, 11(3), (1989). 6. M. V. Kraan, M. V. Fernandez Cid, G. F. Woerlee, W. J. T. Veugelers, and G. J. Witkamp, Dyeing of natural and synthetic textiles in supercritical carbon dioxide with disperse reactive dyes, J. Supercritical Fluids, 4(3), (27). 7. A. Ferri, M. Banchero, L. Manna, and S. Sicardi, Dye uptake and partition ratio of disperse dyes between a PET yarn and supercritical carbon dioxide, J. Supercritical Fluids, 37(1), (26). 8. S. M. Cho, S. C. Choi, J. H. Lyu, and Teruo Hori, Dyeing of Polypropylene Fibers in Supercritical Carbon Dioxide, J. Korean Fiber Soc., 38(11), (21). 9. K. Sawada and M. Ueda, Dyeing of protein fiber in a reverse micellar system, Dyes & Pigments, 58(2), 99-13(23). 1. Y. A. Son, Y. M. Park, S. Y. Park, C. J. Shin, and S. H. Kim, Exhaustion studies of spiroxazine dye having reactive anchor on polyamide fibers and its photochromic properties, Dyes & Pigments, 73(1), 76-8(27). 11. D. M. Lewis, A. H. Renfrew, and A. A. Siddique, The synthesis and application of a new reactive dye based on disulfide-bis-ethylsulfone, Dyes & Pigments, 47(1-2), (2). 12. J. R. Rao, P. Thanikaivelan and B. U. Nair, An eco-friendly option for less-chrome and dye-free leather processing: in situ generation of natural colours in leathers tanned with Cr Fe complex, Clean Technologies & Environmental Policy, 4(2), (22). 13. H. S. Lee, W. S. Son, J. H. Yu, W. S. Lyeo, and J. Jang, Dyeability of Surface Modified Cellulose Acetate Fabrics via UV Irradiation, Textile Sci. & Eng., 43(4), (26). 14. G. J. Kim, Y. U. Kang, and K. R. Ahn, A Study on the Low Liquor Ratio Dyeing of Poly(ethylene terephthalate) Fiber (I), J. Korean J. of the Korean Soc. of Dyers and Finishers, Vol. 21, No. 1Ⅰ65Ⅰ

8 정종석 장경진 김태경 조성우 이용진 남창우 Soc. Textile Engineers & Chemists, 24(3), (1987). 15. G. J. Kim, Y. U. Kang, and J. J. Kim, A Study on the Low Liquor Ratio Dyeing of Poly(ethylene terephthalate) Fiber (II), J. Korean Soc. Textile Engineers & Chemists, 25(6), (1988). 16. J. Y. Son, and J. S. Park, Pat. KOR (1988). 17. Y. G. Jeong, Pat. KOR (26). Ⅰ66Ⅰ 한국염색가공학회지제 21 권제 1 호

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12.077~081(A12_이종국).fm J. of Advanced Engineering and Technology Vol. 1, No. 1 (2008) pp. 77-81 y w» e wx Á w œw Fabrication of Ceramic Batch Composition for Porcelain by Using Recycled Waste Ceramic Powder Hyun Guen Han, and