ISSN(Print) 1229-00 ISSN(Online) 22-06X http://dx.doi.org/10.576/tcf.201.26.2.79 Textile Coloration and Finishing Vol.26,No.2 연구논문 ( 기술 ) 수분반응형자기조절섬유의복합조직편물에대한염색성고찰 김은미노용환 1 양광웅 1 최재홍 경북대학교섬유시스템공학과, 1 ( 주 ) 벤텍스 A Study on Dyeing Properties of Self Moisture Control Knitted Fabric Eun-mi Kim, Yong-hwan Noh 1, Gwang-ung Yang 1 and Jae-hong Choi Department of Textile System Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea 1 Ventex Korea Co., Ltd., Seoul, Korea (Received: March 25, 201 / Revised: May 1, 201 / Accepted: June 1, 201) Abstract: Dyeing fabric weaved with two or more kinds of fiber in different section has various dyeing interactions caused by different material properties of them. Newly developed knit fabric was used in this study. It composited by two different blocks, each block is included PET fiber and CDP fiber separately. Build-up properties with cation dyes and disperse dyes were good having average 8% of dyeing exhaustion yield on 5% o.w.f. dye concentration. As depending on dyeing methods, there were not showed direct interaction between cation dyes and disperse dyes. This result could be considered their different dyeing mechanism. Compatibility was best in S-type disperse dyes investigated their critical absorption range as 120 ~10. Wash fastness was generally good in most dye. Keywords: self control fiber, cationic dyeable polyester(cdp), PET, cationic dye, disperse dye, fastness 1. 서론 환경의다양한변화에따라자기조절기능을가지는신소재섬유는중공및이형단면사, 물성의차이를이용한복합사, 2종이상폴리머의복합방사등다양한방법으로개발되고있다. 특히급신장하고있는아웃도어의류를포함하는스포츠의류시장에있어착용자의발한상태를감지하여쾌적한의복내환경을유지할수있도록하는수분반응형스마트텍스타일이 Teijin Fiber, Mitsubishi Rayon 등일본원사업체를중심으로개발이진행되고있다. 차세대자기조절기능소재로소개되고있는 MRT-fiber 의경우수분에반응하여일반적섬유물성에반해가역적특성을가짐으로서, 흡습시길이방향으로신장하여섬유구조를요철혹은열린형태로변화시켜흡한속건의기능을가진다 1). 이러한자기조절신소재는신규폴리머의설계를 Corresponding author: Jae-hong Choi (jaehong@knu.ac.kr) Tel.: +82-5-950-56 Fax.: +82-5-950-6617 c201 KSDF 1229-00/201-6/79-87 시작으로다양한형태의원사및직편물이전개되고있다. 스포츠의류의경우착용자의신체활동범위가넓고, 의복내온도및수분환경의변화폭이크다. 따라서요구하는섬유물성의극대화를위해제직및제편에있어구조의변화를다양하게둔다. 특히수분반응형섬유의경우흡한속건의기능을요구하는등, 겨드랑이, 네크라인등에많이활용되며, 심미성또한중요하게여겨지고있다. 이때섬유는주로편물이응용되며, 조직에있어서는줄무늬형, 격자무늬형등 2종이상의섬유가복합적으로구성되는경우가많다 2). 이러한복합조직섬유는경우에따라동색혹은이색으로염색이가능하며, 이때각조직을구성하는섬유의상호염색특성에대한충분한고찰이요구된다 -7). 본연구에서는수분반응형자기조절섬유로구분될수있는구획형복합조직편물의다양한염색실험을통해직물을구성하는섬유의구획별염색특성및상호염색영향성에대한고찰과견뢰도를평가하고자한다. 79
80 김은미노용환양광웅최재홍 2. 실험 2.1 시료 본연구에서사용된시료는수분반응형신규섬유로 2종의각기다른원사가일정구획으로나누어져편직되어있으며, ( 주 ) 벤텍스에서제공받았다. 시료에대한상세및구획도를 Table 1에정리하였다. 2.2 염료및조제본연구에서는 energy type 에따른분산염료 E-type 원색과 S-type 원색및 Cation 염료 원색을사용하여총 9종의염료를통해실험하였다. 분산염료염색에는분산제로서 Sunsolt RM-0(Nicca Korea CO., Ltd. Korea) 을사용하였으며, Cation 염료염색 에서는균염제로서 Doregal PKA(M. Dohmen Korea, Korea) 을사용하였다. 사용된염료의상세는 Table 2에정리하였다. 2. 염색및환원세정염색방법은크게두가지로 1욕염색과 2욕염색으로, 1욕염색은염료분류에따라 Cation 염료, 분산염료, Cation 및분산염료혼합을 1회에염색하였으며, 2욕염색은각각의염료에따라 2회의염색을연속적으로실시하였다. Cation 염료의경우욕비 1:20, 균염제 1g/l, ph 의조건에서 120 60분간염색하였다. 분산염료의경우 energy type에상관없이욕비 1:20, 분산제 g/l, ph 의조건에서 10 60분간염색하였다. 한편, Cation 염료와분산염료가함께 Table 1. Fabric specification used for this study Manufacture Fiber VENTEX Co., Ltd.(Korea) F1: PET 50/72FD + ESPOL 50/2 (interlacing, 52 weight%) F2: CDP 75/6 + HEF 70/ (covering, 8 weight%) Single nit Organization structure Table 2. Dyes used for this study Cation dye Disperse Dye Commercial Name Doracryl MD Doracryl MD Doracryl MD E-type Lumacron EG 200% Lumacron EFBB 200% Lumacron EFBL 100% S-type Synolon EXW Synolon EXW Synolon EXW Manufacture M. Dohmen Korea M. Dohmen Korea Kyungin Co., Ltd. 한국염색가공학회지제 26 권제 2 호
수분반응형자기조절섬유의복합조직편물에대한염색성고찰 81 염색되는 1욕염색의경우욕비 1:20, 균염제 1g/l, 분산제 g/l, ph 의조건에서 10 60분간염색하였다. 염색기는 IR 염색기 ( 고려화학, Korea) 를사용하였다. Cation 염료의염색이종료되면온수세 회를실시하고, 분산염료의염색후에는욕비 1:20, sodium hydroxide 0.5g/l, sodium hydrosulfite 0.5g/l의조건에서 80 0분간환원세정을실시하여미고착염료를제거하였다. Cation 염료와분산염료가함께염색되는 1욕염색의경우환원세정을통해미고착염료를제거하였으며, 조건은전술과동일하다. Figure 1. Build-up property dyed by Cation dyes. 2. 염착률염색전후염욕에잔존하는염료량을 UV-VIS 를통해최대흡수파장 (λ max) 에서의 absorbance값 (A) 을측정하고다음식 (1) 을통해염착률을산출하였다. Dye Exhaustion(%) (1) A 0 = the absorbance at λ max of the dye originally in the dye bath A 1 = the absorbance at λ max of the residual dye after dyeing Figure 2. Build-up property dyed by E-type disperse dyes. 2.5 견뢰도세탁견뢰도는 M&S(Marks & Spencer) CA법에의거하여 ECE detergent g/l, sodium perborate 1g/l 를사용하여 steel ball 10개를넣고, 60 0분간실험하여다섬교직포의오염도를평가하였다. 견뢰도의등급은 Gray scale에의해평가하였다.. 결과및고찰.1 Build-up성 염료의농도에따른염색거동을살펴보기위하여분산염료 6종및 Cation 염료 종을각각 1,, 5% o.w.f. 에서염색하여그결과를 Figures 1~에정리하였다. Cation 염료의경우 1% o.w.f. 에서 원색모두 98% 이상의우수한염착률을보였다. 염료농도가 % 및 5% o.w.f. 로증가하였을때, 각각 원색평균은 90% 및 8% 로나타났으며색상에따른유의한차는없었다. CDP 섬유 (F2) 가차지하는비중이전체 8 wt% Figure. Build-up property dyed by S-type disperse dyes. 임을감안할때, 고농에서의염착률이비교적높음을알수있었다. 분산염료 E-type 및 S-type 원색의경우 1% o.w.f. 의염료농도에서평균 97% 의염착률을보였다. 분산염료의농도가 % 및 5% o.w.f. 로증가함에따라평균염착률은각각 92% 및 8% 로나타났으며, energy type 및색상에따른유의한차는없었다. 한편, 분산염료에따른 PET 섬유 (F1) 와 CDP 섬유 (F2) 의염색상태를살펴보면, CDP 섬유부분의색상이더욱농색으로염색되어염색성이높아분 Textile Coloration and Finishing(J. Korean Soc. Dye. and Finish.), Vol. 26, No. 2
82 김은미노용환양광웅최재홍 산염료에의한 F2 구획으로의염료쏠림현상을보였다. 이는 CDP 섬유의결정화도및염색개시온도에의해기인하는것으로보인다. CDP 섬유는일반 PET의제조에쓰이는원료이외에술폰산기를가지는첨가제를더하여제조되며, 분산염료및 Cation 염료모두로염색이가능한특징을가진다. 이때첨가된술폰산기에의해 CDP 섬유의결정영역구조가일반 PET에비해느슨하며, 이로인해 PET 섬유에비해 CDP 섬유의염색개시온도가 1 0 정도낮은염색특성을보인다 8-11). 따라서일반 PET 섬유 (F1) 와 CDP 섬유 (F2) 가분산염료에의해동시에염색될경우, 일반 PET 섬유와비교하여 CDP 섬유가 10 정도낮은온도부터분산염료에염착좌석을제공하기때문에염색이종료되는시점에는염착불균형을이루게된다. 따라서 build-up성의고찰에서 5% o.w.f. 의염료농도에서분산염료의염착률이평균 8% 로관찰되어염착포화를이루는듯하나, 실제 PET 섬유 (F1) 부분의포화색은 5% o.w.f. 보다높은농도에서이루어질것으로예상된다..2 염색방법에따른염색성 2종이상의서로다른섬유가혼재하는교직물혹은혼용물의염색시, 각각의섬유와그에대응하는염료와의상호관계를종합적으로고찰한염색방법의적용이중요하다. 혼섬직물의염색은염료, 욕비, 염색온도, ph, 조제등을고려하여조성하는모든섬유를한번에염색하는 1욕염색과여러조성섬유를다회에걸쳐각각을독립적으로염색하는다욕염색으로나눌수있다. 본연구에서는 PET 섬유와 CDP 섬유를구분하여분산염료및 CDP 염료로의염색을 1욕및 2욕염색법으로나누어각염색법의유효성을고찰하였다. 1욕염색의경우혼염하는분산염료및 CDP 염료의혼합비율에따라염착률을비교하였다 (Figures, 5). CDP 염료및 E-type 분산염료의 1욕염색의경우 원색모두혼합비율에상관없이평균 95% 의염착률을보였다. 전술의 build-up 특성에서 CDP 염료및분산염료 5% o.w.f. 염료농도에서평균 8% 의염착률을보였으나, 염료를혼합한 1욕염색의경우동일한염료농도에서 10% 이상의염착률상승을보였다. 이러한결과는분산염료및 Cation 염료가서로다른염착기제를가지기때문으로판단된다. 분산염료의경우수분산된염료분자가섬유에물리적흡착을하는염색 mechanism 을가지는반면, Cation 염료의경우섬유와의 ion-interaction을통해염착된다 12). 따라서두염료는한염욕안에서염착좌석의경쟁관계에있지않기때문에각각의염료가충분한염착을이룰수있다. 한편, 1욕염색시 2종의염료를배합하여최종염료농도가 5% o.w.f. 가되며, 각각의염료는배합비율에따라실제로 1% o.w.f. 에서 % o.w.f. 가섬유에염색된다. 예를들어 Cation 염료 % o.w.f. 와분산염료 1% o.w.f. 가혼합하여최종염료농도 5% o.w.f.( 염료혼합비율 :1) 의 1욕염색이이루어진다. 따라서 2종의염료가혼합된 1욕염색의최종염착률은염착기제가다른분산염료와 Cation 염료의실제염료농도에해당하는각각의염착률의평균값과비교할수있다. Figure. Dye exhaustion yields by 1-bath dyeing method with E-type disperse dyes and Cation dyes. Figure 5. Dye exhaustion yields by 1-bath dyeing method with S-type disperse dyes and Cation dyes. 한국염색가공학회지제 26 권제 2 호
수분반응형자기조절섬유의복합조직편물에대한염색성고찰 8 1욕염색의최종염착률값은 원색평균 95% 이며혼합비율에따른분산및 Cation 염료의실제염료농도에해당하는각염착률의평균값은 원색평균 92% 로유사한것을알수있었다. 하지만, 염욕내분산염료혹은 Cation 염료의혼합비율에따른염착률의유의한변화는나타나지않았다. 2욕염색의단계별염착률을 Table 과 에정리하였다. 염색의순서는 PET 섬유 (F1) 에영향을주지않으면서 CDP 섬유 (F2) 에만염색되는 Cation 염료를선행하였다. 1단계 Cation 염료에의한염색이완료된시료는 E-type 및 S-type 분산염료로나누어 2단계염색을진행하였다. 1단계 Cation 염료의 원색별염착률을살펴보면, build-up 염색에서보였던염착률과유사한 90% 의염착률을보였으며, 2단계분산염료의염색에서는 energy type 및색상에따른유의한차없이 1%, %, 5% o.w.f. 에서각각평균 9%, 87%, 82% 의염착률을보였다. 분산염료의단독염색시 1%, %, 5% o.w.f. 의평균염착률이각각 97%, 92%, 8% 임을감안할때, 다소염착률의증감이나타났으나실험오차의범위안으로판단된다. 이러한결과는 1욕염색에서고찰된바와같이연속되는각염료의염착기제가서로상이하여염착좌석의경쟁관계 에있지않기때문으로해석된다. 1욕염색및 2욕염색에따른 PET 섬유 (F1) 와 CDP 섬유 (F2) 의구획별염색상태를살펴보면, 두방법모두에서 CDP 섬유 (F2) 로의분산염료쏠림현상이나타났다. 이러한염색불균형현상은전술의분산염료 build-up 특성에서고찰된바와마찬가지로 CDP 섬유가 PET 섬유에비해염색개시온도가 10 정도낮은특성을가지며, 이는 CDP 섬유가 PET 섬유에비해느슨한결정구조를가지기때문이다.. Step dyeing 을통한염료상용성염료의분류나 energy type이비슷하다할지라도, 각염료에따른섬유의염착거동은다를수있다. 따라서여러가지염료를조합하여염색하는경우, 균염성및얻고자하는색상의재현성을확보하기위하여조합하는각염료의염착속도및온도에따른염색거동이비슷하여야한다. 이러한염료간상용성은각염료의온도별염착거동에따른 critical absorption range의비교고찰을통해평가할수있다. Critical absorption range란염색온도의변화에따른염착률상승곡선중급격한흡착이진행되는염 Table. Dye exhaustion yields(%) by 2-bath dyeing method with E-type disperse dyes and Cation dyes 1 st -step Cation dye 2 nd -step E-type Disperse dye % o.w.f. 1% o.w.f. % o.w.f. 5% o.w.f. 90. 9.7 89.8 87.2 89. 90. 8.2 81.7 90.9 96.0 85.7 81.6 Table. Dye exhaustion yields(%) by 2-bath dyeing method with S-type disperse dyes and Cation dyes 1 st -step Cation dye 2 nd -step S-type Disperse dye % o.w.f. 1% o.w.f. % o.w.f. 5% o.w.f. 90. 9.0 89. 82.2 89. 9. 86. 80.8 90.9 9.1 90.2 82.5 Textile Coloration and Finishing(J. Korean Soc. Dye. and Finish.), Vol. 26, No. 2
8 김은미노용환양광웅최재홍 Figure 6. Dye exhaustion yields of Cation dyes by dyeing temperature. Figure 7. Dye exhaustion yields of E-type disperse dyes by dyeing temperature. 색온도구간을의미하며, 염료간 critical absorption range가근접하면상용성이우수함을의미한다. Cation 염료의온도별염착률을 Figure 6에나타내었다. 의경우비교적낮은온도인 60 에서부터최종염착률의 0% 가염착되기시작하여 120 까지서서히염착률이증가하다가 120 이상에서염착률그래프의기울기가급격히상승하였다. 의경우 110 까지염착률이서서히증가하다가 120 10min ~ 120 20min 사이에서염착률이급격히상승하였다. 의경우 110 ~120 10min 사이에서 critical absorption range가고찰되어 원색간의상용성이 염착초기온도에서좋지않으나, 120 이상에서는 yellow 및 red 염료의상용성은비교적양호한것으로고찰되었다. E-type 분산염료의온도별염착률을 Figure 7에서살펴보면, yellow의경우 60 ~ 120 까지꾸준한상승기울기를나타내며염착률이증가하여 120 이상에서염착평행을이루었다. 의경우 100 ~ 120 의온도범위에서급격한염착률상승을보이며 10 10min에서부터염착평형을보였으며, 의경우이보다 10 정도낮은 90 ~110 에서 critical absorption range가고찰되었다. E-type 분산염료는 S-type 분산염료및 Cation 염료와비교하여 한국염색가공학회지제 26 권제 2 호
수분반응형자기조절섬유의복합조직편물에대한염색성고찰 85 Figure 8. Dye exhaustion yields of S-type disperse dyes by dyeing temperature. 원색간상용성이가장좋지못하였다. Figure 8은 S-type 분산염료의온도별염착률을나타낸것이다. 원색의온도별염착곡선거동이거의유사하며, critical absorption range는 110 ~1 0 에서고찰되었다. 의경우염착률상승이 10 10min까지관찰되지만 CDP 염료및 E-type 분산염료와비교하였을때 원색간상용성이가장우수하였다.. 견뢰도 Cation 염료및 energy type 별분산염료의단독염색세탁견뢰도를 Table 5에정리하였다. Cation 염료의경우 원색평균 ~급으로매 우우수한세탁견뢰도를보였으며, 분산염료는 E-type 의경우평균 - ~ 급으로 Cation 염료에비해 1~ 0.5급낮게나타났다. 반면 S-type 분산염료의경우 E-type 분산염료에비해 0.5~1급높게나타나 원색평균 급의 Cation 염료와유사한견뢰도를보였다. 염색법에따른 1욕염색과 2욕염색의세탁견뢰도등급을 Table 6과 7에정리하였다. 1욕염색의경우혼합된분산염료의 energy type 이 E-type에비해 S-type일때평균 0.5급우수한세탁견뢰도를보였다. 염료의혼합비율에따라 Cation염료 : 분산염료의비율이 : 1에서 1 : 로분산염료의비율이높아지면세탁견뢰도는 0.5 ~ 1 급낮아졌다. Table 5. Wash fastness of Cation and Disperse dyes Dye (% o.w.f.) Wash Fastness(multi-fiber staining by gray scale) Acetate Cotton Nylon PET Acrylic Wool Cation Dye E-type Disperse dye - - - - - - - S-type Disperse dye - Textile Coloration and Finishing(J. Korean Soc. Dye. and Finish.), Vol. 26, No. 2
86 김은미노용환양광웅최재홍 Table 6. Wash fastness depended by dye mixing ratio on 1-bath dyeing method Dye (5% o.w.f.) Wash Fastness(multi-fiber staining by gray scale) Acetate Cotton Nylon PET Acrylic Wool Cation : E-type : 1 - - - - - Cation : E-type 1 : 1 - - - - - - - Cation : E-type 1 : 2-2- 2- - 2-2- 2- - - - Cation : S-type : 1 - Cation : S-type 1 : 1 - - - 2- - - Cation : S-type 1 : 2- - Table 7. Wash fastness of fabrics dyed with 2-bath dyeing method Dye Wash Fastness(multi-fiber staining by gray scale) Acetate Cotton Nylon PET Acrylic Wool Cation % o.w.f. E-type 5% o.w.f. - - 2- - - - - - - Cation % o.w.f. S-type 5% o.w.f. - 2욕염색의경우 2단계분산염료의 energy type에따라 E-type은평균 -급의견뢰도를보였으며, S-type은이보다 0.5 ~ 1급높은평균 급이상의우수한세탁견뢰도를보였다.. 결론 본연구에서는흡한속건의우수한물성을가지는 MRT 원사및일반 PET 원사를포함하는복합 편물을가지고다양한염색실험및세탁견뢰도를실시하였다. 염료농도에따른 build-up성의경우 Cation 염료및분산염료에서 1% o.w.f. 의염료농도에서 원색평균 98% 의높은염착률을보였으며, 5% o.w.f. 에서평균 8% 의염착률을보였다. 염료의종류및색상에따른유의한차는없었으며, 모든염료및색상에서 build-up성이우수함이고찰되었다. 한국염색가공학회지제 26 권제 2 호
수분반응형자기조절섬유의복합조직편물에대한염색성고찰 87 한편, 섬유염색시 1욕염색법과 2욕염색법을나누어실험한결과, 염색법에따른 Cation 염료및분산염료의상호영향성은고찰되지않았다. 이러한결과는 ionic-interaction을통해염색되는 Cation 염료와 Van der Vaals force에의한분산염료의서로다른염착기제에의한것으로염색시염착좌석의경쟁관계에있지않기때문으로판단된다. 염료농도의변화에따른염착거동을통해살펴본염료의상용성은 Cation 염료의경우평균 110 ~120, E-type 분산염료는 100 ~120, S-type 분산염료는 110 ~10 에서 critical absorption range가관찰되며상용성면에서는 S-type 분산염료가가장우수하였다. 세탁견뢰도의경우 ion-interaction을통해염색되는 Cation 염료가평균 급이상의우수한견뢰도를보였다. 1욕염색에서는분산염료의혼합비율이높아질수록견뢰도는약 1급정도낮아졌다. 감사의글 본연구는 201년경북대학교연구비지원에의하여연구되었음. References 1. S. Yasui, Self Control Polyester Fiber for Smart Textile(MRT fiber), The Society of Fiber Science and Technology, Japan, 62(10), 1(2006). 2. S. J. Song, Y. B. Choi, and S. H. Kim, The Trend of Textile Goods Related to Well-Being Phenomenon, Polymer Science and Technology, 10(5), 61(2005).. Ministry of Commerce, Industry and Energy, Research Report of Dyeing Process on Advanced Polyester Blends, Motie, Sejong, 199.. Y. S. Chung, K. W. Lee, and P. K. Pak, Compatibility Analysis of Disperse Dyes in Dyeing of PET/Spandex Blends, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 1(), 12(2002). 5. W. K. Sung, A Study on the Dyeing of PTT (polytrimethylene terephthalate)/silk Mixture Fabrics with Disperse Dyes/Acid Dyes, J. of the Korean Society of Clothing Industry, 12(1), 9(2010). 6. G. J. Kim, I. J. Gwag, M. R. Park, and J. H. Jeon, One Bath Dyeing of Silk/Synthetic Fiber Blends(Ⅱ), Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 5(2), 9(199). 7. W. Y. Shin, D. S. Seak, and M. C. Lee, Dyeing Properties of CDP Fiber(Ⅰ) -Dyeing Properties and Color Fastness of CDP Fiber, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 17(), 1(2005). 8. M. K. Kim, N. S. Yoon, and T. K. Kim, Dyeing of Nylon/Cotton Blend with Acid Dyes Using Sodium 2-(2,-dibromopropionylamino)-5-(,6-dichloro- 1,,5-triazinylamino)-benz-enesulfonate, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 2(1), 8(2012). 9. W. Y. Shin, D. S. Seak, and M. C. Lee, Dyeing Properties of CDP Fiber(Ⅱ) -Effect of Heat Setting on Dyeing and Physical Properties of CDP Fabric, Textile Coloration and Finishing (J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 17(), 8(2005). 10. Y. H. Kim, D. S. Jeong, and M. C. Lee, Dyeing Properties of CDP Fiber(Ⅲ) -Dyeing and Solvent Wicking and Physical Properties of Micro CDP Fiber, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 17(5), 1(2005). 11. J. M. Choe, H. Y. Kweon, and Y. H. Park, Dyeing Behavior of Silk/CDP Mixed Filament with a Cationic Dye, Korean J. of Sericeo Science, 7(2), 15(1995). 12. E. M. Kim, C. W. Park, and J. H. Choi, Study of Dyeing Properties by Swelling Agent on meta-aramid Fiber with Cationic Dyes, Textile Coloration and Finishing(J. of Korea Soc. Dyers and Finishers), 2(1), 1(2012). Textile Coloration and Finishing(J. Korean Soc. Dye. and Finish.), Vol. 26, No. 2