면섬유유연가공 (softening finishes of cellulose fiber) 내용 1. 개요 2. 유연가공이필요한섬유제품 3. 유연성에영향을주는요인 4. 유연효과의메카니즘 5. 유연제유형 6. 유연제의비교 7. 유연제의상용성(compatibility) 과혼합사용 (combinability) 8. 유연성의평가 9. 유연가공시의트러블슈팅 1. 개요유연가공은매우중요한화학적후처리가운데하나이다. 섬유에유연제를처리하여주면텍스타일에다음과같은좋은느낌을부여할수있다. 먼저유연가공을살펴보기에앞서유연( 柔軟 softness) 와가까운단어를열거하면다음과같다. * 기분좋은느낌 (agreeable) * 부드러운촉감 (soft hand). 나긋나긋함(supple). 유연함(pliant). 매끄러움(sleek). 푹신함 (fluffy) * 평활감 (smoothness) * 유연함 (flexibility) * 처짐감 (drape) * 좋은느낌 (pliability) 패브릭의촉감이란손끝으로패브릭을가볍게눌렀을때피부의느낌이라고할수있다. 텍스타일의 softness 는물리적으로측정할수있는탄성, 압축성, smoothness 등여러요 인들의복합적인값이다. 텍스타일은전처리공정및염색공정을거치는동안섬유자체가 가지고있는오일, 왁스, 유제등이제거되므로촉감은상당이뻣뻣한느낌은준다. 유연가 공이란이러한단점을극복하고섬유자체의고유한부드러운특성을부여하는것이다. 유연 제를처리하면부품성, 대전방지성, 봉제성이동시에개선되는효과있다. 그러나유연가공 처리에의하여염료및안료견뢰성, 황변, 염색물의색상변화직물조직의미끌림등의문 제를일으킬수도있다.
텍스타일의느낌은패브릭의조직구조와구성섬유의굵기에크게영향을받는다. 예로서 가는섬유로만든꼬임이적은실은부드럽다. 반대로굵은섬유로치밀한구조로만든직 물은거친느낌을준다. 극세섬유를사용하면더욱유연한고드레이프성이우수한효과를 얻을수있다. 또기계적가공을하여주어도유연한핸들을얻을수있게된다. 물리적가 공에는 sueding, napping, 울의티즐링, 데님의 stone washing, 캐주얼웨어의 fleece backed 의기모처리등이있다. 직물의산포아리즈가공, 니트제품의 compaction 가공을하 면촉감은 stiff 해지는경향이있다. 이런가공을처리한제품에유연제처리를하여주면 유연성을현저히높일수가있다. 셀룰로오스섬유제품의이지케어와같은화학가공을하 여주어도촉감은 stiff 해지고드레이프성도감소된다. 또한마모저항성, 인열강도는저하된 다. 따라서이가공을할때는욕중에적합한유연제를첨가하여주게된다. 실제에있어서대부분의모든텍스타일가공시어떤종류의유연제를일정량첨가하여준 다. 소비자가섬유제품을선택하는단계에서촉감은매우중요한선택인자로작용하게되므 로적합한유연제의선택은참으로중요하다. 유연제의선정과배합은셀룰로오스섬유특 히면섬유제품은사람의피부와직접접촉되어사용되는특성상섬유제품의최종용도, 패브 릭의구조, 실의특성, 피부장해유발여부등을고려하여선택하여야한다. 2. 유연가공이필요한섬유제품 거의대부분의어패럴, 가정용텍스타일은유연제를처리한다. 왜냐하면대부분의바이어 나사용자들이유연성을원하기때문이다. 섬유제품을사는경우소비자는무의식적으로손 으로만져보고촉감을평가하게된다. 특수한섬유제품은유연가공이필요하지않다. 벽지, 카펫및대부분의산업용텍스타일이여기에속한다. 유연제가사용되는섬유제품은섬유상 태, 실상태, 패브릭상태, 완제품상태등다양하다. 유연가공은섬유소재에따라서도유연제 의종류, 부착량등을달리해야한다. 유연가공에서중요한점은소비자의 needs 를정확하게 파악하여최적의유연성을부여해주는일이유연가공의핵심이라할수있다. 3. 유연성에영향을주는요인 유연성에영향을미치는요인들은섬유조성물, 섬유의미세구조, 섬유의표면구조, 실의 구조, 패브릭의구조, 마찰대상, 유연제등매우다양한요소들이복합되어있다. 좀더자 세히살펴보면다음과같다. (1) 섬유조성물질 친수성물질( 천연섬유 ) 소수성물질( 화학섬유 ) (2) 섬유의미세구조단면구조결정, 비결정정도배향성
(3) 섬유의표면구조 요철구조 접촉면적 (4) 섬유의종류천연섬유합성섬유굵기 (5) 실의구조굵기꼬임정도소재복합부품성 (6) fabric 의종류와구조 직물조직및밀도 편물조직및밀도 (7) 마찰대상 피부/ 섬유 섬유/ 섬유 섬유/ 금속 섬유/ 플라스틱 (8) 마찰에영향을주는조건마찰속도마찰압력유연제수분 (9) 유연제 화학적조성 유연제의부착량 4. 유연효과의메카니즘 유연제는섬유표면에극히얇은막상태로부착된다. 또한분자량이작은유연제분자는
섬유내부에침투하여섬유고분자를가소화시키게되는데이로인하여유리전이온도(Tg) 가 낮아지는데섬유고분자는인장력을받으면섬유분자쇄가쉽게미끄러지게된다. 섬유표면 에서일반적인유연제분자는물리적인배향을한다. 유연제분자의배향상태는유연제분자 의이온성(ionic nature) 및섬유표면의상대적소수성에따라결정된다. 유연제의이온성은 다른가공제, 염료와의상용성을고려해야함으로중요한선택인자로된다. 카치온(cation) 유연제( 양이온유연제 ) 는물속에서 head 부분( 친수성부분) 이 (+) 로대전하 고있으므로, 부분적으로 (-) 로대전한섬유( 셀룰로오스섬유및모섬유가여기에해당한 다) 를향하게된다. 이러한현상을제타포텐설(zeta potential) 이라고한다. 이렇게배향되면 소수성카본쇄로인하여매우효과적인유연효과와평활효과를발휘하게된다. ( 그림 1) ( 그림 1) 카치온유연제의섬유표면배향모식도 반면에음이온( 陰 anoin) 유연제자체는 (-) 로대전되므로섬유표면에서반발되므로밖으로향하게된다. 이렇게되면친수성을띠게되므로카치온유연제보다는유연성이부족하게된다. ( 그림 2) ( 그림 2) 음이온유연제의섬유표면배향모식도
비이온(non-ionic) 유연제( 非이온 ) 는섬유표면의대전성을그대로나타내게되는데소수 성섬유라면 ( 그림 3) 과같이배향하고친수성섬유라면 ( 그림4) 와같이배향하게된다. ( 그림 3) 비이온유연제의소수성섬유표면배향모식도 ( 그림 4) 비이온유연제의친수성섬유표면배향모식도 5. 유연제유형 거의대부분의유연제분자는친수성부분과소수성부분으로구성되어있다. 그러므로계면 활성제(surfactant/surface active agents) 로분류되며섬유표면에농축된상태로존재한다. 유연제는수용성이나쁘다. 따라서대개고형분 20-30% 에멀젼(emulsion) 상태로판매된다. 유연제분자는전형적으로탄소원자 부분탄소원자 18 개인경우가많다. 16-22 개인긴알킬기혹은가지형알킬기를갖는데대
이와는달리예외적으로실리콘(silicones), 파라핀(paraffins), 폴리에틸렌(polyethlene) 은 특수한유형에속한다. 오늘날텍스타일공업에서사용되는유연제의 1/3 은실리콘베이스유 연제이다. 표 이온성에의한가공제의분류 제품형태전기적 charge 특성 ---------------------------------------------------------- 카치온성(cationic) 양 (+) 우수한유연성 음이온성 (anionic) 음 (-) 특수한유연성 양성이온성(amphoteric) ph 에따라서 (+/-) 계면활성제와혼용가능 비이온(non-ionic) 중성타유연제와혼용가능 (1) 카치온유연제 * 구조 * 특성. 우수한유연성부여. 세탁견뢰성이약간있음. 음이온유연제와함께사용불가( 불용성물질이침전 ). 유성오염물질을흡인함. 고온에장시간처리시황변. 직접염료, 반응성염료의광견뢰도를저하시킴. 화학적으로개질하지않은카치온유연제는어독성( 魚毒性 ) 이있음. 에스터기를갖는 4급암모늄유연제 - 트리에탄올아민에스터는생분해성이우수함 ( 에스터기의가수분해에의해서 ). 개질된카치온유연제는 ph 11정도의알카리조건하에서도안정성이우수함
* 종류별화학구조 4 급암모늄염 아민염 이미다졸린
(2) 음이온유연제 * 구조 * 특성. 정상적인텍스타일고정온도에서열적으로안정하고염료및표백욕에서섞어사용할수 있음. 음이온기가밖을향하고있고섬유표면을수화된층으로둘러싸게됨으로정전기방지성, 젖음성이우수함. 설포네이트(sulfonate) 유연제는설페이트(sulfate) 유연제보다가수분해저항성이있음. 이유연제는특수한용도메디칼텍스타일, 음이온형광증백제와함게사용할수있음 * 종류별화학구조 (3) 양성( 兩性 ) 이온유연제 * 구조 * 특성. 강한이온성때문에내세탁성, 정전기방지성이우수함. 카치온유연제보다는생분해성이있음
* 종류별화학구조 알킬디메틸아민옥사이드유연제 베타인유연제 (4) 파라핀및폴리에틸렌계비이온유연제 * 구조 paraffin wax C n H 2n+2 (n = 20 이상 ) * 특성. 표면마찰력을낮춤( 고윤활성 ). 드라이클린잉에내구성있음. 높은 ph 조건에서도안정함. 가격이저렴함. 다른섬유가공제와혼합사용가능함
* 종류별화학구조 폴리에틸렌 (5) 에톡시레이트비이온유연제 * 구조 * 특성. 지방알콜, 카복실릭산, 에스터, 아미드혹은아민에에틸렌옥사이드를부가시켜제조된유 연제로방사유제의대전방지제로사용됨. 친수성이며실용적인유연제. 황변하지않음. 유연효과는약간떨어짐. 공정중에거품발생이심함 * 종류별화학구조
에톡시레이트지방알콜 에톡시레이트지방산 에톡시레이트지방아미드 에톡시레이트지방아민 (ph7 에서는카치온성임 ) 에톡시레이트캐스터오일 ( 트리그리세롤에스터 ) (6) 실리콘유연제 이유연제는높은유연성, 독특한촉감, 높은평활성, 봉제성, 탄력성, 구김회복성, 내마 모성, 고온에견디는내열성, 내세탁성을발휘한다. 이러한특성은섬유표면위에필름상의 가교결합을형성하기때문이며친수성으로부터소수성에이르기까지다양한기능을부여할 수있는다양성을갖는다. 이유연제는합성과정에서상당량의휘발성실록산올리고머
(siloxane oligomer) 를함유하고있다. 이물질은휘발성유화제와함께텐터(tenter) 작업시 배기공기에포함되어빠져나가게되므로공기오염문제를일으킨다. 텍스타일가공에서실리 콘은발수제로, 탄성중합체가공, 코팅, 소포제등으로널리사용된다. 이러한원인은 Bereck 에의하면실리콘분자쇄의높은분자유연성은이물질자체가매우 낮은 Tg( 약 100 ) 와이물질분자구조의유연성에기인한다고밝혔다. 또한 OSi(CH 3) 2 구 조의메틸기에크게기인하는것이며이로인해서외부접촉으로부터산소를차단하기때문 이라고가정하고있다. 따라서섬유표면을폴리디메틸실록산으로가공하면거의비극성, 소 수성을띄게된다. 셀룰로오스, 울, 실크및폴리아미드섬유에서는섬유의 OH 기혹은아 미노기와개질실리콘의아미노기의사이에강한수소결합을형성한다. 그림 5 에이관계를 나타냈다. ( 그림5) 음전하를띠는섬유표면상에서아미노변성실리콘유연제의배열상태 이그림에서 a: 폴리디메틸실록산분자쇄의루프 (loop) b: 부분적으로카치온화된아미노에틸아미노프로필측쇄 (side chain) c: 부분적으로음전하를띄는면, 울과같은섬유 실리콘에대한이러한결합은앵커(anchor) 와같은강한결합을형성하며섬유표면상에비교 적균일한필름을형성하게된다. 우수한발수성, 유연한촉감은이러한화학적결합에서기 인한다. 폴리실록산세그먼트에서적정한아미노측쇄기의함량은유연성을부여할만큼충 분히많으므로가능하므로높은유연성을나타낸다. 이것이극성섬유( 면, 울, 실크, 나일론 등) 상에서아미노기능성실리콘이유연한촉감과평활성을부여하는이유이다. 실리콘유연 제는어패럴과홈텍스타일에영구적인유연성을부여한다. 모섬유에대해서는앤티펠팅성을 부여하며제사공정에서처리하면섬유의윤활성을증가시킨다.
상대적으로비극성섬유( 예로서폴리에스테르 ) 에서는실리콘분자쇄의소수성세그멘트가소 수성섬유표면에강하게작용한다. ( 그림 6) 실리콘에서양전하를띠는아미노측쇄기는서로반발하여실리콘분자쇄의루프(loop) 의유 연성을증가시키게된다. 이러한원리로비극성섬유상에서아미노실리콘은독특한유연한 촉감을부여하게된다. 그림 3.6에서아미노변성실리콘유연제에서 y+z는 1-20이고 x 는 100(50-200) 이다. 4 급변성기는높은알카리성을띠며전단안정성을제공한다. ( 그림6) 소수성섬유표면상에서아미노변성실리콘유연제의배열상태 a : 폴리디메틸실록산분자쇄의루프 (loop) b : 부분적으로카치온화된아미노에틸아미노프로필측쇄 (side chain) d : 부분적으로개질되지않은실리콘분자쇄세그멘트와폴리에스테르와같은섬유표면사이의소수성흡착력 * 실리콘유연제의특성. 영구적인유연성능을유지한다.. 상당히높은탄성을갖는다.. 봉제성이향상된다.. 앤테펠팅성을개선한다.. 내열성을부여한다. * 폴리디메틸실록산. 슬립감이강하다.. 금속적인차가운촉감이있다.. 건조한촉감이있다.
* 에폭시기능성실리콘. 섬유표면의관능기와반응성이풍부한에폭시기를갖는다.. 볼륨감이있고평활성이있는부드러운촉감을얻을수있다.. 약간부품감이잇다.. 황변염려가없다.. 끈적거림이없다.. 이유연제는경화촉매를사용하여야한다. * 아미노기능성실리콘. 아미노기를관능기로갖는유연제이다.. 유연성이탁월하며쉽게유화시킬수있고안정한가용화물을얻을수있다. ( 대부분의실리콘계섬유처리제의문제점은유화가어렵고처리액의안정성의불안에따라 오일스폿(oil spot) 의원인이된다.. 이유연제가탁월한유연성을보이는이유는섬유표면의수산기, 카르복실기, 등과실 리콘오일중의아미노기와상호작용에따라실리콘이강하게섬유에배향흡착함에기인하는 것으로생각된다. 섬유표면에실리콘이부착하므로섬유간의마찰계수가저하되어용이하게 움직이는것이가능하게되며섬유제품의변형이부드럽게되기때문에유연성이나타난다.. 섬유제품의형태유지성이우수하다. * 종류및분자구조 폴리디메틸실록산유연제 에폭시관능실리콘유연제 아미노관능기실리콘유연제
카치온실리콘유연제 친수성실리콘유연제 6. 유연제의비교표1 에유연제종류별특성을비교하였다. ( 표1) 주요유연제의특성비교 화학구조유연성평활성친수성실제사용황변안정성비소포성 -------------------------------------------------------- 음이온 + ++ ++ - ++ - 카치온 +++ - +++ +++ _ + 양성 ++ - +++ + - - 비이온( 에톡시화 ) + ++ ++ ++ + - 폴리에틸렌 + +++ - - + ++ 실리콘 +++ +++ - + +++ +++(+) ++ -------------------------------------------------------- ( 특성표시 + : 양호 - : 불량 ) 7. 유연제의상용성(compatibility) 과혼합사용 (combinability) 유연제는종종이지케어처리제, 정정기방지제와함께사용된다. 실용적으로볼때소수성 유연제는유연성이매우탁월한반면친수성유연제는부품감을준다. 불소유연제와혼합사 용하면발수성을저하시킨다. 어떤이온성계면활성제와실리콘이전혀없는유연제는발수 성을얻을수없다. 따라서유연제는매우탁월한섬유평활제로사용되는데, 때로는유연 가공처리에의해앤티필링성이저하되거나패브릭미끌림문제를발생된다.
8. 유연성의평가 패브릭의촉감은패브릭의품질로평가되기도한다. 촉감은접촉시의느낌이며이는뇌의 작용으로나타나게된다. 느낌은패브릭의 smoothness, compressibility, elasticity 로나타 낸다. 그런데실제패브릭의느낌에 color 를들수있다. color 의측정에대해서는이미표 준화가되어있다. AATCC(Amreican Association of Textile Chemists and Colorists) 는기준을제시하고 있다. Handle-O-Meter 도하나의방법이다. 가장널리사용되는방법은 KES-F(Kawabata Evaluation System-Fabrics) 이다. 이방법 에서는인장력(tensile), 전단력(shear), 굽힘성(bending), 압축성(compressibility), 표면 ( surface), 열적특성(thermal) 등다양한특성을조합하여평가하는방법이다. 모직물에는 FAST(Fabric Assurance by Simple Testing) 법이사용된다. 이방법은 KES-F 법보다간단하다. 압축성, 굽힘성, 신장성, 칫수안정성등을평가한다. 실의촉감평가는마찰계수측정법으로한다. 이방법에는 μ -Meter 법 (Zweigle), 마찰특성 법 (Reibwertwaage from Schlafhorst), F-Meter 법이있다. 9. 유연가공시의트러블슈팅 마이크로에멀젼유연제주로이미노변성실리콘은독특한유연효과를부여한다. 주요한 이점은높은에멀젼안정성이다. 이것은고전단력이걸리는패키지염색즉젯염색시중요하 다. 우수한전단안정성을갖지못한에멀젼은쉽게깨어지며설비및패브릭표면에부착되 는데일단부착되면제거하기어렵다. 표2 에정상에멀젼과마이크로에멀젼의차이를비 교하였다. * 에멀젼안정성보통의에멀젼의안정성이높다면유연효과는감소한다. 실제로는적당한에멀젼안정성일때오히려좋은유연효과를부여한다. 이유는유연제처리처리과정에서유화된유연제의작은방울이섬유표면에부착되기때문이다. 그러나안정성이너무나쁘면오염물질상태를형성한다. 에멀젼의입자크기가작을수록섬유/ 섬유사이로침투하는데유리하다. * 반응성유연제관능기를갖는어떤유연제는섬유의관능기와반응하여한다. 특히이지케어가공을하는경우그렇다. 따라서섬유소섬유의이지케어가공제와반응성을고려해야한다. * 유연제와염료의열적이행많은소수성유연제는분산염료에대해서는용제로작용한다. 따라서열을가하면염료가표면으로이행되어인접한섬유를오염시킨다. 패브릭의염료견뢰성및수세견뢰도는저하된다.
( 표2) 에멀젼특성비교 정상에멀젼 마이크로에멀젼 (normal emulsion) (micro emulsion) ------------------------------------------------------------------- 드롭의크기 (nm) 150-300 10-20 드롭이생기지않음 / 미셀(micell) 만 형성됨 외관우유상태물처럼투명함 ( 드롭이가시광선보다 400nm 이상임파장보다작음 유화제함량정상( 유연제고형분 -3%) 매우높음( 유연제고형분량과동등함 ) 처리후분산되는위치섬유표면섬유집속체내부 촉감유연- 약간끈끈함매우유연, 끈끈하지않음 기계적안정성중간높음 실용성양호적용하기불편 염료에영향없음때로는부정적 ( 유화제함량이높음 ) ----------------------------------------------------------------- * 휘발성 어떤유연제는휘발되는물질을함유하고있다. 건조, 열고정, 큐어링과정에서유연제성분 이오븐의냉각기주면에응축되어패브릭표면에떨어지게되어스폿오염을일으킨다. 오븐 의상부를가열하면이문제를방지할수있다. * 황변 염색하지않는패브릭에서일어나는문제이다. 카치온유연제의산화혹은아미노변성실리 콘혹은카치온유연제의이온화에의한인력및음이온형광증백제( 염형성에의한형광효과 감소) 처리시에일어날수있다. 이러한현상을억제하려면분산제를잘선택해야한다. * 기계적유연성 화학적유연제를사용하지않아도수세, 고압워터젯트처리, 텀블러처리등기계적처리에 의해서패브릭을유연하게할수있다. 이는스펀레이스부직포기술과유사하다. 이런처 리를하면세척효과는있지만건조해야하므로코스트는상승된다. 이외에도직물조직을변 화시키거나, 극세섬유를사용하여도같은효과를얻을수있다. 유연제를처리하면상승효 과를얻을수있다. * 심색, 진한흑색 실리콘유연제혹은탄성중합체( 폴리우레탄) 를처리하면심색효과를나타내며젖은듯한 효과를얻을수있다. 이는낮은굴절율에서기인하는현상이다. 실리콘의굴절율은 1.43 이 며물은 1.33 이다. 면은 1.56, 나일론은 1.57 이다. 폴리에스테르는 1.63 이므로강한굴절율 때문에강한광택을내게된다. 따라서이러한소재는많은염료를사용하지않으며안된 다. 특히극세섬유에서이러한문제점이된다. 극세섬유는표면적이많기때문에굴절율이 더욱문제된다. 실리콘유연제특히아미노변성실리콘유연제거대에멀젼을처리해주면이 런문제가해결될뿐만아니라촉감개선도할수있다. 다만염색물의습견뢰도가낮아지는 결점이있다. 이런문제는첨가량을줄이고건조온도를 120 이하로처리해주면해결될수 있다.
셀룰로오스섬유의 (mercerising) 순서 1. 개요 2. 개발과정 3. 원리 4. 면섬유변화 5. 에영향을주는요인들 6. 에의한변화 7. 텐션 (tension) 8. 수산화나트륨의농도 9. 온도 (temperature) 10. 시간 (time) 11. 수세 12. 패브릭조직 13. 종류와조건, 효과 14. 형태 15. 테스트 16. 설비 1. 개요 란면섬유를강한알카리수용액으로처리하여광택, 촉감, 염색성등을개선하는처 리법이며, 1851 년존머서(John Mercer) 가면섬유가공방법으로처음으로특허를출원하였 다. 이방법은오늘날면섬유가공에서매우중요한위치를차지하고있다. 면섬유에강한 알카리수용액을처리하여일어나는변화는다음과같다. * 실의길이, 포의길이가줄어듬 * 인장강력증가 * 염료흡착성증가 * 포및실의치밀도가증가 * 물흡수성증가 * 산소와반응성증가 * 낮은온도에서면의반응성증가 * 광택증가
* 미성숙면제거 * 염료코스트감소 (40% 까지 ) 가공을처리한면포는다음과같이외관, 염색성, 후가공측면으로나누어정리하면 다음과같다. * 외관개선측면. 광택증가. 촉감개선. 원단의탄력성증가. 미성숙섬유제거 * 염색성측면. 염료친화성증가. 선명한색상. 균일한염색. 포의강도증가 * 가공측면. 칫수안정성. 강력증가. 후가공약제의반응성증가 2. 개발과정 이와같은변화가일어남에도불구하고는지난 60 년동안상업적으로실용화되지 못했다. 1890년 Horace Lowe 는면포혹은면사를알카리처리과정에긴장을부여해주면 광택이증가되는것을청구항으로하여특허를출원하였다. 그는긴장을제거하기전에수 산화나트륨을제거해주어야한다는것을알아내게되었다. 이런처리에의하여면은높은 광택을갖게된다. 독특한효과를부여하는액체암모니아처리공정도실용화된지오래됐 다. 이방법은 19세기하반기에연구가시작되었고본격적인연구는 1925-1937 에이루어 졌다. 실용화는 1950 년대중반에이루어졌다. 그뒤에직물, 편물에적용하는기술이개발 되었다. 이방법에관한기술은특허로공지되었고학문적인연구도이루어지게되었다. 액 체암모니아법에서는순수한암모니아를사용한다. flax 의마모저항성은수산화나트륨법보 는이방법이우수하다. 3. 원리 면섬유를물이나굵은가성소다용액에담그면물이나가성소다는셀루로오스의비결정역 역에들어가서면섬유를현저히팽윤시킨다. 가성소다농도가 10% 이상이되면면섬유내부
까지침투해서 C2H10O5 : NaOH: H2O = 1:1:3 의조성을갖는알카리셀룰로오스라는결 합물을만든다. 이결합물은불안정해서물로씻으면곧분해되어화학적조성면에서는원 래의셀룰로오스로돌아가지만미세구조적으로는원상으로돌아가지않는다. 에의하 여결정영역일부는헝클어져서비결정역역으로변화하여결정화도가 70% 에서 50% 정도로 감소하게되며섬유에장력을부여하면셀룰로오스분자배향도가현저히증가하게된다. 4. 면섬유변화 (1) 미세구조변화 과정에서면섬유미세구조에일어나는변화는팽윤, 알카리셀룰로스, 수화셀루로 스단계를거치게되면서섬유고분자의미세구조가변화한다. 가장특징적인변화는첫째, 결정격자가변화되는것이다. 둘째, 결정영역이비결정영역으로변화하는것이다. 셋째, 셀 룰로스분자쇄배향도가증가한다. 그리고이러한과정에서생육과정에서불규칙하게성장 한분자쇄가정렬된다. 또한미세한 pore 가증가하게된다. 현미경적으로면섬유단면이사 진1 에서보는바와같이원형에가깝게변하는것을알수있다. 광택이증가하는원인은대 부분원형단면으로인한빛반사에의한것으로생각된다. 자연히면섬유고유한꼬임 (natural convolution) 이없어지는것도광택증가에기여하게된다. 광택이란빛을반사하는 섬유표면특성을반영한다. (2) 셀루로스의화학변화 (1) cellulose -OH + NaOH cellulose -OH + NaOH ( 부가반응 ) < 수화셀룰로오스 > (2) cellulose -OH + NaOH cellulose -ONa + H2O ( 치환반응 ) < 알카리셀루로스 > (3) cellulose -OH, NaOH cellulose -ONa + H2O (3) 섬유의팽윤및수축 그림에서보는바와같이면섬유의단면구조가변화한다. ( 그림1) 단면변화모식도 1-5 알칼리용액중에서섬유의팽윤 6 7 물에의해알카리성분의건조후 자리바꿈
(4) 섬유의현미경적구조변화 ( 사진 1) 면섬유전후단면변화 전 후 ( 사진 2) 처리전후면섬유의구조 측면사진 A1 : 처리전 C1 : 처리후 단면사진 A : 처리전 B 부분 C 완전
( 사진 3) 면섬유전처리공정에서표면구조변화 (A) desizing 한상태 ( 표면에 size 등오염물질이보임 ) TEM *15,000 (B) scouring 한상태 ( 표면에피브릴구조가보임 ) (C) 상태 ( 표면이평활하고원형단면 ) TEM *15,000 TEM *15,000
(5) 패브릭상의변화 를처리하게되면패브릭의경사, 위사밀도가변하게된다. 그림6 에서보는바와 같이생지의밀도는치밀하지못한반면처리를하면치밀하게된다. 과정에 서약간의수축이일어남을알수있다. ( 사진 4) A 포의조직변화 생지 B 후의직물표면
5. 에영향을주는요인들 보고된바에의하면에서처리온도가낮아지면도는증가한다고알려졌다. 그러나도라는의미는잘못정의된것이다. 광택, 강력, 수축, 패브릭구조의안정성 및기타성질은조건에따라서달라진다. 광택이지나치게많으면강력이저하하거 나염색성이오히려저하되는경우도있다. 특히실의꼬임수가적거나, 태번수에서그러하 다. 이러한현상은경사와위사에서다른결과를나타내게된다. 면섬유팽윤에관한기본적인이론은셀룰로오스분자의제1급및제2 급알콜은원래산 성을띤다는데서출발한다. 이들 -OH 기는강한수소결합으로부터형성되는것이며배향성 을갖는다. 따라서팽윤현상은삼투압에의해촉진되는것으로알려졌다. 특히팽윤은면섬 유의 1 차벽에서이루어진다. 이로인하여원래의피브릴구조가재배열되며영구적으로변형 된다. 실험에의하면어느온도에서를하는경우삼투압은증가한다. 그러나 매체의온도가내려가면삼투압은증가한다. ( 사진5 및사진 6 참조 ) ( 사진 5) 면섬유의 1 차세포벽의미세구조 (TEM * 52,00) 1 차세포최외층의미크로피브릴은섬유축에상당히나란히홈이파인것처럼되어있는 데내층은섬유축에대하여어떤각도를갖는관상구조를갖는다. ( 사진 6) 면섬유의 2 차세포벽의미세구조 (TEM *32,000) 1차세포벽을제거한후 2 차세포벽의미세구조이다.
다른연구에서는니트패브릭은상대적으로오픈상태에서처리되므로온도가올라가면가촉진되는것으로알려졌다. 그이유는니트패브릭을표백한다음처리했기때문이며이때조직은좀더치밀하게된다. 표백하지않은경우는덜치밀하게된다. 6. 에의한변화 를하면미성숙면이제거된다. 미성숙면은정상적인면에비하여염착성이나쁘다. 미성숙면은결정성이부족하고컨벌루션(convolution) 이없으며세포벽이극단적으로얇고 루멘(lumen) 도불명확한구조이다. 따라서테이프상대의납작한단면구조를갖고있다. 실 제로미성숙면은혼타면공정및카딩공정에서일부제거된다. 를하지않으면충분한 염착성을얻을수없다. 특히진한갈색, 불루컬러염색시에중요하다. 특히아조염료염색 시중요하다. 어떤컬러에서는염료코스트 40% 를줄일수있다. 에서가장중요한 인자는텐션(tension), 수산화나트륨농도, 처리온도이다. 7. 텐션 (tension) 실이나패브릭의에서광택변화는텐션을주거나그렇지않느냐에따라서달라지는 아주중요한인자이다. 존머서는그의특허에서텐션을가하지않고도실의길이수축, 패 브릭의면적축소가거의없는기술을기술하고있다. 면섬유를어느농도이상의수산화나트 륨에서처리하면수산화나트륨이섬유에침투하여가일어나는데이과정에서면섬유 는팽윤하며길이방향으로는줄어든다. 텐션을가하지않으면섬유표면은매끄러워지나구 김이발생하여남게된다. 따라서이런구김에의해서빛이산란되므로광택이살아나지않 게된다. 이때섬유는파괴되지않으면서섬유내부체적은증가하게된다. 따라서섬유내부 압력을증가하게되는데이는대부분팽윤에의존하게된다. 팽윤정도는높은텐션을가할 때보다는텐션을가하지않을때가훨씬덜하다. 섬유내부에서의변화는삼투압에의해 면섬유분자배열의변화에기인하는것으로존머서는그의특허의장점이라고주장하였 다. 실제에있어서실이나패브릭에는외부에서임으로가하지않더라도실에부여된꼬임에 의한텐션혹은패브릭의조직으로부터걸리는텐션으로걸리고있다고볼수있다. 경사 와위사텐션이걸리면수축은줄어들며, 내부압력의증가는섬유가유리와같은외관을갖 는것처럼섬유의형태구조가변화한다. 이러한현상때문에실제적으로를하는경 우경사방향과위사방향으로적당한텐션을걸어주게된다. 8. 수산화나트륨의농도 그림 2에실혹은패브릭에처리시간 1 분일때농도와처리온도상관관계를나타냈 다. 이그림에서 X 축은수축율을나타냈는데이것은정도라고볼수있다. 농도 20-30%, 온도 2-18 에서효과는최대값에이르고농도 20% 이하에서는효과가 감소한다. 이그라프로부터적정조건으로농도는 20-25% 임을알수있다
( 그림 2) 수산화나트륨의농도와수축정도 수산화나트륨의농도는대상제품의상태에따라서달라지나정중에는액의일정농도조절은중요하다. 다음사항을고려하여조절한다. * 젖음정도 * 패딩전패브릭의수분정도 * 패브릭에존재한수분이패브릭으로부터수산화나트륨욕으로들어가는정도 * 패브릭에 pick -up 되는수산화나트륨의량 패브릭이표백되는상태에서로우프(rope) 상태인가오픈(open) 상태이가에따라서수분조절 에서문제가있다. 공정이어떠하던지패브릭에부여되는일정한농도부여는공정관리에서 중요하다. 농도관리에는비중을측정하는하이드로메터(hydrometer) 를사용하기도한다. 그 러나실제공정에서는외부물질이혼입되는경우가많으므로경첨상의데이터를이용하여관 리하고있다. 9. 온도 (temperature) 에서온도는매우중요한인자이다. 2, 농도 10% 에서의효과는 80, 농도 19% 효과와거의비슷하다. 따라서공정에서냉동설비는필요하다. 실제적으로 공정에서면섬유와수산화나트륨용액이반응하여열이발생하는열과설비주변으로 부터의열에의해서온도가상승하게된다.
hot mercer 화는패브릭에사이즈(size) 와같은소수성물질이부착된경우에처리한다. 만 약이런패브릭을 cold mercer 화로처리하면소수성물질은수산화나트륨용액을끈끈하게 만들어면섬유표면에서의침투가매우어렵게되기때문이다. 결국 cold mercer 화는이 런패브릭의처리에는부적합하게된다. 광택, 인장강도, 칫수안정성을얻기위해서는 hot mercer 화가일반적인보다는적합 한것으로보고되어있는데다음 3 가지이유를들고있다. 첫째, 뜨거운수산화나트륨이패브릭침투가빠르고면섬유내부구조변화에쉽게일으킨다. 둘째, 온도가올라가면농축된가성소다는패브릭을가소화시키나탄성을감소시키므로쉽 게늘어난다. 셋째, 텐션인자를용이하게원하는수준으로조절이가능하며결국패브릭물 성을조절하기쉽다. 실제 hot mercer 화로처리하면패브릭의신축성이증가한다. 이때경사방향과위사방향으 로늘려주면보다많은광택, 신축성, 칫수안정성이우수한패브릭을얻을수있다. 다만가 하는텐션이너무지나치면면섬유내부미세구조가파괴되므로염료흡착성과친화성이오히 려감소하게된다. 10. 시간 (time) 처리시간은농도, 온도와함께매우중요한인자이다. 농도 19% 이하이고온도가 증가하면처리시간은증가하고수축율은 30% 에달한다. 극단적인경우지만온도 30 에서 농도19% 이면처리시간은 1분에서 30 분으로늘어나게된다. 이조건이라면수축율은 19% 에서 29% 로증가한다. 염료의흡착성은면섬유내부에서분자배열의변화의더불어증가한 다. 과장에서면섬유의결정은풀어지게되어분자쇄의배열이재배열되는것으로 판단된다. 이렇게되면면섬유는원래의불균일한형태를잃고새로운결정, 비결정영역이 생기게된다. 이과정에서면섬유의미세한틈은사라지게되므로비결정영역은증가하나 전체적으로균일한구조를형성하게된다. 따라서물흡수력이현저히증가하며면섬유고 유의강성이없어지며외부의액체나기체에대한친화성은증가한다. 화학적으로보면면 섬유전체로보면일부산화가진행되는것으로알려졌다. 11. 수세 처리를마친패브릭은다음이유때문에중화시키고수세해야한다. 만약면섬유내 부에수산화나트륨이남아있는상태로건조되면면섬유분자와반응하여셀룰로오스분자쇄 를절단하게되므로인장강력이떨어지게된다. 특히반응성염료로염색하거나이지케어가 공시가교제와반응물을형성하게된다. 염료의견뢰도가감소되며불균일염색을초래한 다. 가교결합시에사용되는촉매는 Lewis acid 를사용하는데만약면섬유내부에다량의가 성소다성분이존재하면수지와셀룰로오스분자사이의가교결합력을감소시킨다.
12. 패브릭조직 처리가장큰목적은목적은광택을부여하기위함이며광택은텐센에의해서얻어 지며실의꼬임이적은경우광택은더욱증가한다. 섬유는실이나패브릭의기본적인단 위인데면섬유의길이가길수록좋은효과를얻을수있는데우선실에낮은꼬임이 부여되기때문이고이로인하여섬유한가닥한가닥이실의길이방향으로평행하게배열 되기때문이다. 또광택을증가시키기위해서는 singeing 처리하며돌출된털을제거해야한 다. 방적공정에서부여되는꼬임은광택을감소시킨다. 또많은꼬임이부여된패브릭은머 서화가잘되지않는데실을구성하는섬유내부에수산화나트륨이침투하기어렵기때문이 다. 그러나침투제를병용하면개선이가능하다. 강한꼬임이부여된실이라면섬유가단단 히고정되어있으므로강한텐션이걸려있는효과가있다. 사틴(satin) 조직은광택이더난 다. 13. 종류와조건, 효과 종류온도/ 시간알카리농도특징 ------------------------------------------------------ 통상 15-20 20-35 Be. 광택증가 30-60 초. 염료친화성증대. 꼬임강력증가. 형태안정성향상 저온 -10-0 1 5-16 Be. 선명감 20-60 초. 광택효과큼. 의미가공효과. 냉동설비필요 2-6. 약간하드한촉감 20-60 초. 고급 voil 직물촉감 고온 80-110. 통상보다우수한효과 5-50초 29-33.5 Be. 습윤방추성우수. W&W 성우수. 발호, 정련공정생략가능 액체암모니아 -33 NH4 100%. 유연한촉감 1-10 초. W&W 우수. 방추성우수. 두꺼운포에적용 *1) ----------------------------------------------------- *1) 벨벳. 코듀로이, 데님, 침대커버
14. 형태 면포의종류, 밀도, 두께, 조직, 타섬유와혼방정도, 최종용도에달다양한방법이 있다. 제품형태에따른분류 * 면사. 배치식 - 행크(hank) 치즈(cheese). 연속식 - 싱글엔드(single end 단사) * 니트 토우(tow) 경사(warp). 오프(open). 크로스(cloth) - 라운드(round) - 튜블러(tubular) * 직물. 체인리스(chainless). 체인(chain). 배치업(bqtch-up) 처리조건에따른분류 * 습기여부. 건식(dry). 습식(wet) * 긴장 (tension). 길이고정. 긴장. 무긴장 * 알카리농도. 저농도. 고농도. 2 단계(2step) * 온도. 저온. 고온. 중간온도 처리시기에따른분류 * 그레이(grey) * 염색전 * 염색후
처리횟수에따른분류 * 싱글(single) * 더블(double) 알카리종류에따른 기타 * 가성소다 * 암모니아 * 알카리패딩- 드라이 * 알카리패딩- 스팀 15. 테스트 정도를시험하는방법은다음과같다. * 현미경관찰법 * benzopurpurine 시험 * 가성소다 spotting 시험 * iodine 시험 * C.I direct blue No.1 시험 가장손쉬운방법은시에서꼬임이부여된섬유와꼬임이없어진섬유비율을계산하여판 단하는방법이다 16. 설비 설비는섬유형태에따라서패브릭이직물인가니트인가에따라서달라지며제조회사 에따라서도차이가있다. 본자료에서는일반적으로공지된설비를그림 3 - 그림7 에나 타냈다. ( 그림 3) yarn mercerising machine
( 그림 4) batch mercerising machine(sir James Farmer Norton) ( 그림 5) chain mercerising machine(sir James Farmer Norton) ( 그림 6) chainless mercerising machine(brugman Machinefabriek) ( 그림 7) knitgoods mercerising machine(dornier)