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면섬유의 과수표백에 있어서의 요소첨가 효과
-SEN’I GAKKAISHI Vo2. No.(2010)-
奈良여자대학원 인간문화연구과 梁 善美 외 2인
SEN'I GAKKAISHI Vol.66, No.2,(2010)
1. 머리말
최근 환경부하가 적은 섬유가공이 요구되고 있어 표백공정에 있어서도 기존의 염소표백제로부터 AOX(Absorbable Organic Halogen)을 생성하지 않는 산소계 표백제로의 이행이 진행되고 있다. 과산화수소 용액은 약산으로 거동해, 물과 동일한 정도의 해리정수를 나타내는 안정한 물질이기 때문에 과산화수소를 활성화해 표백효과를 얻으려는 다양한 연구가 행해지고 있다. 예를 들면, 바이오테크놀로지를 이용하는 효소에 의한 표백(2, 3), 유기과산으로 사용하는 방법(4), 무기 과산염(5), 아미드(4, 6, 7)와 양이온 활성화제(8)를 이용하는 방법 등이 있다. 또한 최근에는 레이저광을 이용해 착색물질의 전자를 기려 시켜 산화하지 않고서 환원표백이 쉽게 진행되도록 하는 방법도 보고되고 있다(9). 특히 아미드를 이용하는 연구에서는 T.K. Das 등이 면섬유의 표백에 있어서 요소를 함유하는 수종의 아미드를 표백시간을 단축할 목적으로 사용하고 있고, 요소가 백도, 강도, 코스트 측면에서 우수하다고 보고하고 있다(7). 선염제품과 알칼리에 민감한 소재와의 혼방품의 표백에서 중성 및 약산성에서의 과산화수소 표백이 이미 행해지고 있으며, 여기에는 과산화수소 활성화제로서 요소와 인산염을 함유하는 Prestogen SP(BASF)를 이용하고 있다(4). 한편 포접화합물을 생성하는 요소의 성질을 이용, 요소의 과산화수소 수용액을 재결정화한 UHP(요소-과산화수소 첨가제)는 저가로 사용하기 쉬운 환경 친화적인 산화제로 알려져 있어, 세정제와 표백제, 염모제 등의 용도에서 기대되고 있다(10, 11, 12).
본 연구에서는 요소의 과산화수소 활성화작용에 착안, 중성조건에서의 표백을 목적으로 면섬유를 이용해 요소를 조제로 한 과산화수소 표백을 행해, 표백 면섬유의 백도(WI) 및 강신도를 측정하였다. 또 전자 스핀 공명장치(ESR)를 이용해 요소첨가에 의한 라디칼 생성에 대해 검토하였다. 또한 산화환원적정에 의해 표백욕에 잔류하는 과산화수소의 농도를 측정, 요소첨가와 과산화수소와의 관계를 조사하였다.
2. 실험
2.1 시료
과산화수소(35%, 키시다 화학), 요소(Ultra Pure, CH2N2O, ICN Biomedical, Inc), 침투제로 비이온 계면활성제(스코라롤, 花王)을 이용해 표백액을 제조하였다. 면소재는 쿠라보(주)제공의 효소 정련한 평직을 사용하였다.
또한 radical 보조제로 DMPO(東京화성공업(주)), 5.5-Dimethyl-1-pyrroline)을 이용하였다.
2.2 과산화수소-요소표백
과산화수소 표백에 있어서의 요소첨가효과를 조사하기 위해 면섬유를 이용해 과산화수소를 0.23 mol/d㎥, 요소를 0.08~2mol/d㎥, 침투제로 스코라롤을 0.5mol/d㎥로 표백액을 조제, 온도 30~80℃에서 5~120분, 욕비 1:60으로 표백하였다.
2.3 백도측정
표백 면섬유의 백도는 분광식 색차계(日本電色 SE-2000)을 이용해 측정하였다. C 광원, 2도 시야에서 시료를 4번 접어 3개 소 측정으로 평균하고, ASTM E 313 백색도식에 의해 백도(WI)를 구하였다.
WI=3.388Z-3Y
Z : 시료의 XYZ 표색계에 있어서의 3자극 값 중 Z의 값
Y : 시료의 XYZ 표색계에 있어서의 3 자극 값 중 Y의 값
2.4 표백욕의 pH 측정
pH측정은 HORIBA F-8 meter로 하였다. 표백욕은 pH 무조정의 정제수에 과산화수소 0.23mol/d㎥과 0.08~1.5mol/d㎥까지의 각 요소농도를 가해 사용하였다. 비교로서 과산화수소 단독과 요소 단독의 표백욕의 pH도 측정하였다. 그리고 조정한 용액이 들어 있는 3각 플라스크를 항온조에 넣어 70℃로 유지하면서 10~120분간 측정하였다.
2.5 전자스핀 공명장치(ESR)에 의한 free radical 측정
일본전자의 free radical monitor FR-30을 이용해 free radical 측정을 상온에서 행하였다. 측정조건은 마이크로파 출력 4mW, 자장 掃引(소인) 시간 1.0min로 3회 적산하였다. Signal 평가는 내부 표준물질인 M22+의 signal peak에 대해 행하였다.
2.6 과산화수소 농도의 측정
일본공업규격(JIS K-8230)으로 규정하고 있는 방법(과망간산칼륨 측정법)에 의해 과산화수소 농도를 측정하였다. 시료로서 35% 과산화수소를 2ml, 요소 0.6g, 정제수, NaOH(pH6, 10 조정)로 전체를 20ml로 조정해 사용하였다. 80℃로 설정한 항온조에 시료가 들어 있는 3각 플라스크를 넣어 10, 30, 60, 90, 120분에서 시료를 체취, 0.02mol/d㎥의 과망간산칼륨 용액으로 적정, 과산화수소 농도를 구하였다.
2.7 강신도 측정
다목적 인장 측정기 KES-GI(카트 테크(주))를 이용해 강신도를 측정하였다. 시료 길이 10cm, 강신속도 10cm/min으로 표백 면섬유로부터 얻어진 종사 10본을 측정, 평균값을 강도로 하였다.
3. 결과 및 고찰
과산화수소는 약산으로 수용액 중에서 수소(H+)와 per-hydroxyl ion(HOO-)으로 해리한다. 그러나 그 해리지수는 11.6(25℃)과 10.71(80℃)로, 과산화수소 단독으로는 수용액 중에서 거의 산화작용이 나타나지 않는다. 과산화수소는 알칼리 조건 하에서 (1) 식과 같이 과산화수소의 해리가 진행되어, 유력한 표백종인 per-hydroxyl ion(HOO-)의 농도가 높아진다. 또한 해리해서 (2)식과 같이 산호(O2)와 알칼리(OH-)로 자기분해가 진행된다(1, 13).
H2O + OH ⇄ H2O + HOO-(1)
2HOO- ⇄ 2OH- + O2(2)
또 per-hydroxyl ion(HOO-)과 마찬가지로 표백작용을 갖는 것으로 생각되는 per-hydroxyl radical(HOO․)과 super oxide anion radical(․O2-)의 농도도 pH 8.5~ 11.6의 범위에서 높아진다(식 3-4)(14).
H2O2 + 2OH ⇄ ․O2- + 2H2O + e-(3)
HOO․ → ․O2- + H+(4)
원문파일 첨부
출처 : 한국섬유소재연구소 손성군 위원
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