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무수 프로피온산과 아세톤을 병용함으로써 면섬유의 형상을 유지한 상태로 셀룰로오스의 수산기를 에스테르화 할 수 있다는 것을 알았다. 에스테르화 면은 분산염료로 염색할 수 있다는 것이 확인되었기 때문에 에코프린트 시스템으로서 주목받고 있는 승화전사 프린트에의 적용 가능성을 조사한 결과 양호한 발색성을 확인할 수 있었다. 이 에스테르화 방법은 폴리에스터/면직물을 승화전사프린트 할 때의 발색성 개량에 유요한 것으로 생각되었다.
1. 머리말
승화전사프린트는 승화성 염료를 사용해 전사지에 묘사된 무늬를 열 프레스로 백포에 승화 이전시켜서 행한다. 이 방법은 생지에 직접 프린트 하는 잉크젯 방법과 같이 염료의 정착성을 향상시키기 위해 전 후처리와 세정공정 등을 생략할 수 있어 폐수도 발생하지 않기 때문에 환경 친화적인 방법이다.
이 방법이 적용할 수 있는 섬유소재는, 폴리에스터를 시작으로 한 승화전사염료로 발색 가능한 합성섬유에 한정되어, 면과 양모 등의 천연섬유에는 적용할 수 없다. 면 등의 프린트에 일반적으로 이용하고 있는 수법은 스크린 날염, 잉크젯 날염 등이 있으나, 대량의 약품을 사용, 그 세정과 열처리 등에 대량의 물과 에너지를 필요로 한다. 면 등에 승화전사 프린트를 적용할 수 있다면 환경문제에 기여할 수 있을 것으로 고려되기 때문에, 그 기술 개발이 각지에서 다각도로 이루어지고 있다.
여기서는 승화염료로 가염화시키기 위한 면의 에스테르화 조건을 검토, 에스테르화 한 면포가 전사프린트로 적용할 수 있을지의 여부를 검토하였다.
2. 실험방법
2.1 시약 및 피가공 섬유 직물
면 에스테르화는 프로피온산, 무수 프로피온산, 아세톤, 황산(모두 시약)을 사용하였다. 피 가공섬유 면포는 염색시험용 백포(면 브로드 정련포, ㈜염색사에서 구입)를 사용하였다.
2.2 면섬유의 폴리에스터 화 방법
염색시험용 면 백포 10g을 50ml의 프로피온산에 침적하고 가볍게 저어주면서 35℃에서 10분간 전처리 하였다. 이 전처리 포를 무수 프로피온산 50ml, 아세톤 25ml, 황산 0.5ml로 이루어진 에스테르화 용액에 침적, 35℃에서 24시간 반응시켰다. 그 후 에스테르화 용액 중에서 면포를 꺼내 탈수하고 아세톤세정과 에탄올 세정 및 수세한 후 건조해 에스테르화 면을 얻었다.
에스테르의 도입상태를 조사하기 위해 적외선 분광광도계(FT-IR 3800 ㈜島津제작소)로 FT-IR 스펙트럼을 측정하였다.
2.3 에스테르화면의 염색시험
염색성 평가에 사용한 염료는, 반응성염료(Kayacion Marine E-CM, 직접염료(Kayarus Supra Blue BGL200), 산성염료(Kayacryl Blue HRL), 카치온 염료(Kayacryl Blue GSL-ED), 분산염료(Kayalin Polyester Blue AL(N)), 감별염료(Kayastaon Q)이다. 염료사용량은 5% o.w.f.(혼합염료는 100% o.w.f.)이다.
2.4 에스테르화 면의 승화전사프린트
승화전사 프린트 용지는 시판 중인 (有)미네파타프린트 제조)를 사용하였다. 전사는 열 프레스 기를 사용, 200℃에서 60초간 행하였다.
2.5 염색성 평가
염색성은 측색기로 분광반사율곡선을 측정, 최대흡수파장의 반사율(R)로부터 표면농도에 비례하는 K/S를 다음의 식으로 산출하고 평가하였다.
K/S=(1-R)2/2R
또 염색견뢰도(JIS L 0854)를 평가하였다.
3. 실험결과 및 고찰
3.1 면의 에스테르와 조건
셀룰로오스에 승화염료 염색성을 부여하기 위해서는 수산기의 일부에 대해 에스테르화 등의 화학수식을 행하는 것이 유효한 방법이다. 여기서 에스테르화 조건에 대해 검토하였다.
무수 프로피온산 단독으로 에스테르화를 행한 결과 피가공물의 형상이 변하지 않고 면섬유의 형상을 그대로 유지하면서 반응을 진행하는 것은 불가능하였다. 셀룰로오스의 중합도 저하가 격하기 때문으로 생각된다. 면섬유의 형상을 유지한 그대로 에스테르화를 진행하기 위해서는 무수 프로피온산(에스테르화 제)과 유기용제를 병용할 필요가 있을 것으로 생각되어(3) 검토를 행한 결과, 아세톤과의 병용이 유효하였다. 얻어진 개질 면섬유에 대해 적외선 흡수스펙트럼측정을 행한 결과 1720cm-1 부근에 에스테르 유래의 피크가 확인되었다.
무수 프로피론산의 량, 아세톤의 량, 무수 프로피론산/아세톤 배합비, 및 반응시간을 조정함으로써 에스테르화 조정이 가능하였다. 에스테르화가 진행되면 염색성이 변화해 분산염료에 의해 염색되기는 하나, 강도저하 등의 부작용이 현저하였다. 실험방법 2.2에 보인 조건을 표준에스테르화 조건으로 하고, 이 조건으로 조제한 에스테르화 면을 염색성평가시험에 사용하였다.
3.2 에스테르와 면의 염색성 평가
셀룰로오스의 수산기가 수식됨으로써 각종 염료에 대한 염색성이 변화한다는 것을 예상할 수 있다. 여기서 에스테르화 면의 각종 면에 대한 염색성을 평가하였다.
감별염료에는 수 종류의 염료가 혼합되어 있어, 이것을 이용해 섬유의 종류가 미지인 시료를 염색하고, 섬유의 종류를 알고 있는 염료의 색상과 비교함으로써 섬유의 종률을 간단히 감별할 수 있다. 이 염료로 염색한 다섬 교직물과 색상을 비교한 결과 에스테르화 면은 아세테이트와 유사한 염색성을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
또 각종 염료로 염색한 면포의 K/S 값은 표1과 같다. 에스테르화 면은 미 가공 면을 염색할 수 없는 분산염료, 카치온염료에 염색되고, 한편 미가공 면에 의해 염착되는 반응성염료와 직접염료에는 염색되지 않음을 확인할 수 있었다.
|
염료 |
K/S |
|
에스테르화 면 |
미 가공면 |
|
반응성염료 |
2.2 |
10.8 |
|
직접염료 |
0.6 |
12.0 |
|
산성염료 |
0.5 |
0.1 |
|
카치온염료 |
4.6 |
0.9 |
|
분산(청) |
11.2 |
0.6 |
|
분산(황) |
2.2 |
0.3 |
|
분산(적) |
28.6 |
0.6 |
표1) 각종 염료에 의한 염색성 평가
3.3 에스테르화 면의 승화전사프린트에의 적용
에스테르화 면 백포가 분산염료에 염색되는 것을 확인하기 위해 에스테르화 면의 승화전사 프린트에의 적용가부에 대해 검토하였다. 에스테르와 면의 발색성은 양호하였다. 한편 미가공면의 발색성은 불량이었다(그림 1).
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그림1) 승화전사프린트 염색성 비교 (좌 : 에스테르화면, 좌 : 미 가공면)
승화전사 프린트 포의 염색농도(K/S)를 비교한 결과는 표2와 같다. 에스테르화 면은 비교한 부위 모두에서 미가공면보다 K/S 값이 5~6배로 높아 발생이 양호하였다.
여기서 염색견뢰도(내광)은 에스테르화 면 3급, 미가공면 3급 미만, 폴리에스터 3급 이상이었다.
4. 결론
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비교부위 |
K/S |
|
에스테르화 면 |
미가공면 |
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갈색 부위 |
11.8 |
1.9 |
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박 녹색부위 |
8.4 |
1.6 |
|
녹색부위 |
8.9 |
1.6 |
표2) 발색성 평가(염색농도)
에스테르화 조건의 최적화 검토를 행해, 무수 프로피온산과 아세톤을 병용함으로써 면포의 형상을 유지한 상태로 에스테르화할 수 있었다. 그러나 에스테르화 처리에 의해 강도저하는 피할 수 없어, 에스테르화 면의 인열강도가 미처리 면 40%까지 낮아진다는 것을 알았다. 따라서 면 100% 소재에의 적용은 곤란하다는 것을 알았다.
이로서 본 에스테르화 방법은 에스테르화에 의한 강도 저하가 적을 것으로 생각되는 폴리에스터/면직물 등에의 적용이 적당해, 이 직물을 승화전하 프린트할 때의 발색성 개량에 유효할 것으로 생각된다.
참고문헌
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출처 : 茶谷悦司 외 2인/あいち(아이찌)産業科学技術総合センター 研究報告 2013
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