KR100624396B1 - 키토산을 이용한 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 키토산을 이용한 잉크젯 프린터용 원단 및 이의 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터로 원단을 날염하기 위한 원단의 전처리공정에 앞서 키토산을 원단에 처리하여 날염물의 색상에 대해 선명성, 염착성 및 첨예도를 증가시킨 잉크젯 프린터용 원단 및 이의 가공방법에 관한 것이다.

본 발명은 전처리 공정과 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 원단에 날염하는 방법에 있어서, 전처리 공정 전에 pH 3.0∼3.5인 산성 용액에 키토산을 용해시킨 코팅액을 원단에 균일하게 도포하여 피막이 형성되게 처리하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 잉크젯 프린터를 이용한 날염방법에 있어서, 전처리공정 전에 키토산 코팅액을 원단에 도포하여 처리함으로써, 종래 방법과 비교하여 색상에 대해 선명성, 염착성 및 첨예도를 증가시킨 날염물을 제공할 수 있게 되었다.

키토산, 잉크젯 프린터, 원단, 날염, 선명성, 염착성, 첨예도

Description

키토산을 이용한 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법{Preparation method of fabrics for ink-jet printing using chitosan}

도 1 은 본 발명에 따른 키토산 코팅액을 원단에 처리하는 공정에 대해 간략하게 나타낸 공정도.

본 발명은 키토산을 이용한 잉크젯 프린터용 원단 및 이의 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터로 원단을 날염하기 위한 원단의 전처리공정에 앞서 키토산을 원단에 처리하여 날염물의 색상에 대해 선명성, 염착성 및 첨예도를 증가시킨 잉크젯 프린터용 원단 및 이의 가공방법에 관한 것이다.

통상적으로 원단을 염색하는 방법으로 크게 침염과 날염이 있다.

침염은 염료를 물에 용해 또는 분산시키고 조제(助劑) 등을 부가하여 염색액을 만들고, 이의 염색액 속에 피염물을 넣어 염색하는 방법으로, 대개 무지(無地) 또는 단색(單色)의 염색물을 얻고자할 때 사용한다.

반면, 날염은 무늬염 혹은 프린팅(printing)이라고도 불리우는데, 침염이 피염물의 전체면에 동일한 염색이 되는데 비해서, 부분적으로 착색하여 무늬, 형태, 그림, 글자 등을 나타내는 염색방법을 말하는데, 염료나 안료를 풀 또는 합성수지와 혼합하여 점조(粘稠)한 호료(糊料)에 첨가하여 호액(糊液)을 제조하고, 이의 호액으로 무늬가 조각된 형지(型紙), 스크린(screen) 혹은 롤러(roller) 위에서 피염물 전부 혹은 일부를 여러 색상으로 찍어내어 인쇄하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 전통적으로 형지, 스크린, 롤러 등을 사용하여 원단에 인날(印捺)하는 날염방법은 날염디자인 작업(CAD 혹은 수작업으로 행함) → 제도(製圖) → 제판(製版) → 염료배합 → 인날(印捺) → 예비건조 → 증열 → 수세 → 건조등의 복잡한 과정을 거치게 됨으로써 각종 부산물 및 폐수가 많이 배출되는 환경오염 문제가 발생하고 있다.

또한, 상기 날염 방법은 원단에 대해 얇거나 치수안정성 불안정해도 날염물을 대량생산하는 데는 유용한 방법이나, 최근 제품 교체 주기가 빨라지고 다품종 소량 생산을 요구하는 시장의 변화에 적응하기에는 어려운 단점이 있다. 이는 생산라인이 가동하게 되면 자동화에 의한 제도 및 제판 공정의 변경이나 수정이 쉽지가 않기 때문이다.

이의 문제를 해결하기 위해, 최근에는 디지털 프린팅 기술을 접목시킨 잉크젯 프린팅 방법(Inkjet Printing system)이 점차 확산되고 있다.

이는 잉크젯 프린팅 방법은 상술한 전통적인 날염방법과는 달리, 제도, 제판 및 염료배합 등의 공정이 필요없고, 염료를 제외한 호료와 여러가지 조제를 혼합한 전처리제를 원단에 도포하는 전처리공정과, 간단하게 인쇄하고자 하는 내용을 디지탈로 컴퓨터에 입력한 다음 컴퓨터와 연결된 잉크젯 플로터를 통하여 액상의 염료 를 전처리된 원단에 분사(噴射)하여 인쇄하는 공정 등 최소한의 공정만으로도 종래의 날염효과를 낼 수가 있어, 이로인해 제품 생산시 소요시간 단축, 원가절감이 가능하게 되었고, 환경오염물질의 배출량도 줄일 수 있게 되었으며, 특히 제품 교체 주기가 빨라지고 다품종 소량 생산을 요구하는 최근 시장의 요구에도 충분히 부응할 수가 있기 때문이다.

또한, 종래의 날염방법으로는 표현이 불가능한 사진 이미지를 원본과 동일한 해상도로 원단에 직접 출력할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 이유로, 잉크젯 프린팅 방법은 이미 선진국에서는 많은 연구개발이 진행되어 실용화 단계에 있으나, 아직 국내에서의 연구개발 수준은 미비한 상태이다.

그러나, 잉크젯 프린팅 방법은 상술한 바와 같은 여러 가지 장점들을 보유하고 있지만, 출력된 원단의 섬유제품들은 염착성, 선명성 및 첨예도 등의 면에서 종래 방식의 전통적인 날염 제품보다 떨어지는 경향을 보이고 있으며, 특히 검은색 계열의 색상이 선명하지 못한 단점이 있다.

이는 원단에 전처리제를 균일하게 도포되지 못하거나 전처리제 자체 특성의 문제로 염료의 번짐 현상, 미고착 및 견뢰도 저하 등이 발생되기 때문이다.

따라서, 잉크젯 프린팅 시스템에서 새로운 전처리제와 이를 원단에 간단하게 처리할 수 있는 공정의 개발은 날염물의 품질을 평가하는 결정적인 요소로 작용하므로, 현재 각국에서는 원단에 쉽게 가공처리할 수 있으며, 날염된 원단의 색상에 대한 염착성, 선명성 및 첨예도 등이 개선된 전처리 공정의 개발에 심혈을 기울이 고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래 잉크젯 프린터를 이용한 날염 방법에 쉽게 적용할 수 있으면서, 날염물의 색상에 대해 선명성, 염착성 및 첨예도를 향상시킨 잉크젯 프린트용 원단의 전처리 공정을 개발하고자 하였으며, 키토산이 점성을 가지면서 아미노기를 가지고 있다는 점에 착안하여, 잉크젯 프린팅 시스템의 전처리 공정에 앞서 키토산을 원단에 처리하면 원단의 표면에 풍부한 (+) 이온이 존재하게 되면서, (-) 이온을 가진 염료와 원단과의 결합력을 증대시키는 역할을 하게함으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 전처리 공정과 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 원단에 날염하는 방법에 있어서, 전처리 공정 전에 pH 3.0∼3.5인 산성 용액에 키토산을 용해시킨 코팅액을 원단에 균일하게 도포하여 피막이 형성되게 처리하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전처리 공정과 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 원단에 날염하는 방법에 있어서, 전처리 공정 전에 pH 3.0∼3.5인 산성 용액에 키토산을 용해시킨 코팅액을 원단에 균일하게 도포하여 피막이 형성되게 처리하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 원단에 날염물을 출력할때, 원단에 출력된 날염물의 색상별 염착성, 선명성 및 첨예도(Sharpness)를 증가시키기 위하여, 키토산을 포함하는 산성용액으로 이루어진 키토산 코팅액을 원단에 균일하게 도포한다.

본 발명에서 사용되는 키토산(Chitosan)은 갑각류에서 추출되는 물질로서, 키틴(Chitin)이 우선적으로 수득되며, 이를 강알칼리 속에서 가열시킴으로써 키틴의 N-아세틸아미노기(N-acetylamino)기를 아미노기로 변환시켜 탈아세틸화되면 수득되는 것인데, 키토산은 그 구조가 셀룰로오스와 유사하여 셀룰로오스 탄소 2번(C-2)위치의 히드록시기가 아민기로 치환된 형태로 β-(1→4)-2-아미노-2-데옥시-β-D-글루칸[β-(1→4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucan]의 구조를 갖는 특성이 있기때문에, 키토산에서 탄소 2번 위치의 아민기가 산 수용액에서 프로톤(proton)화 되어 양이온을 띠게 되어 원단에 피막을 형성하게 되면, 원단 표면에 (+)기를 부여하여 (-)기를 갖는 염료와의 결합력을 더욱 증대시킴으로써 전처리 공정 후 날염 출력물의 염착성 및 선명성을 향상시키는 역할을 한다.

특히, 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 날염물은 종래 잉크젯 프린팅 날염물이 통상적으로 검은색의 빌드업(Build-up)이 떨어지는 경향을 크게 향상시킨다.

이때, 상기 키토산은 1∼2 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 1 중량% 미만을 사용하면 점도가 낮아서, 원단에 스며들기가 용이해 져서 균일하게 피막을 형성하는 것이 어렵고, 2 중량%를 초과하여 사용하면, 점도가 높아져서 키토산 코팅액을 롤러에 점착시키고 원단에 도포시 작업성이 저하되기 때문이다.

그리고, 사용되는 키토산은 분자량에 상관없이 점도를 조절할 수 있으면, 어떤 것을 사용해도 무방하나, 바람직하게는 구입하기 용이하고 가격이 저렴하며, 종래 사용되는 잉크젯 프린터 전용 전처리기의 사양에 적합하도록 분자량 100,000∼1,000,000의 키토산을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 키토산이 물 혹은 유기용매에 용해되지 않지만, 묽은 산 용액에서 C-2 위치의 아민기의 프로톤화에 의하여 용해가 가능하기 때문에, pH가 3.0∼3.5인 산성 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 pH가 3.5를 초과하게 되면 키토산이 잘 용해되지 않으며, 3.0 미만으로 산성도가 강해지면 원단에 손상을 줄 수 있기 때문이다.

그리고, 본 발명에서 사용되는 산성 용액은 pH를 3.0∼3.5로 유지하면서 인체와 직접 닿는 점과 환경 친화성을 고려하여 먹어도 무방한 1∼2 중량%의 사과산, 구연산 또는 초산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서 적용 가능한 원단으로는 면 및 마 등의 천연섬유, 셀룰로오스의 혼방섬유, 레이온 및 텐셀 등의 재생섬유이 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 키토산 코팅액을 원단에 도포하는 조건으로는 상기 코팅액을 묻힌 롤러 위에 원단을 압착하여 통과시킨 후, 상기 통과된 원단을 120∼150 ℃에서 건조하여, 픽업률(pick-up ratio)이 60∼80%가 되도록 도포하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 픽업률은 70%가 되도록 도포한다.

이는 건조기에서 도포시킨 전처리제를 분당 1m씩 건조하여 권치하기 위해서는 120℃ 이상의 온도에서 수행하여야 되기 때문이고, 150℃ 이상에서 건조하면, 건조 효율에 비하여 효과가 미미한 반면, 생산비용은 더 지출되기때문이다.

또한, 상기 조건은 종래의 잉크젯 프린터 전용 전처리기의 사양 조건과 동일하게 한 것으로 종래 방법에 쉽게 적용할 수 있게 한 것이다.

이때, 도 1은 상기 도포에 대한 이해를 돕고자 도시한 것인데, 본 발명에 따른 키토산 코팅액을 원단에 처리하는 공정에 대해 간략하게 나타낸 공정도로서, 용액조(Bath)에 담긴 전처리제를 롤러에 묻힌 다음, 그 롤러 위로 원단을 통과시켜고, 통과된 원단을 120∼150℃로 예열된 건조실(Chamber)에서 분당 1m의 속도로 통과시켜 건조되게 하고, 건조되어 통과된 원단은 롤링기로 권취하여 원단을 준비하는 공정을 나타낸 것이다.

또한, 픽업률에서 60%∼80%는 70% 픽업률의 오차범위 내 수치이므로 큰 차이는 없으나, 60% 미만이 되면, 염색에 대한 색상에 있어서 선명도, 염착성 및 첨예도의 효과가 미미하고, 80% 이상이 되면, 원단과 결합하고 남은 키토산이 발생되어 이를 제거하는 추가 공정이 필요하게 되고, 색상에 대한 효과의 효율이 미미하기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따른 전처리 공정은 원단에 도포된 키토산 피막으로 인하여 염료와의 결합력을 향상시켜 종래 잉크젯 프린팅에서는 나타낼 수 없었던 염색 의 색상에 대한 선명성, 염착도 및 첨예도를 향상시키고, 적절한 산도와 점도를 갖고 있어 원단에 간단한 방법으로 도포할 수 있는 특성을 가진다.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 본 발명에 따른 면직물과 종래 방법에 따른 면직물의 염착량 및 선명도 비교

본 실시예는 면직물(30' twill)로 제직된 원단을 이용하여 아래와 같은 공정을 거친 후, 잉크젯 프린터(Nassenger Ⅱ, Konica, 일본)를 이용하여 날염 이미지를 출력하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 날염물과 종래 기술에 의한 잉크젯 프린팅 날염물을 제조하였다.

(1) 키토산 코팅액 제조

1% 사과산 수용액에 1%의 키토산을 녹여 4시간 동안 혼합하여 본 발명에 따른 키토산 코팅액을 완성하였다.

이때, 상기 코팅액은 점도가 90cps(BROOKFIELD VISCOMETER LV-2 spindle rpm: 30, 60)였으며 pH는 3.5였고, 키토산은 분자량이 160,000인 것을 사용하였다.

(2) 원단의 키토산 코팅액 처리공정

그런다음, 용액조에 담긴 상기 실시예 1-(1)의 키토산 코팅액을 키스 롤러(KISS ROLLER)에 묻히고, 그 롤러 위로 면직물(30' twill)을 통과시켜 균일하게 상기 코팅액을 도포하고, 도포된 면직물은 150℃로 예열된 챔버를 통과시키면서 건조 하고, 이를 롤러기로 단(Selvage)을 잘 맞추어 권취(Rolling)하여 원단의 키토산 코팅액 처리 공정을 완료하였다.

이때, 키토산 코팅액의 픽업률(Pick up ratio)은 70%이 되도록 하였으며, 150℃× 1m/분에서 건조하였고, 잉크젯 프린터 전용 처리기(Pretreatment machin, Onomori, 일본)를 사용하였다.

또한, 상기 픽업률은 하기 식 1에 의해 구하여 조건을 맞추었다.

[식 1]

픽업률(Pick up ratio)= {(처리후 원단 무게 - 처리전의 원단 무게)/처리전 원단의 무게}×100

(3) 잉크젯 프린터 적용을 위한 원단의 전처리 공정

잉크젯 프린터를 이용하여 이미지를 출력하기 위해 상기 실시예 1-(2)에서 처리된 원단(본 발명)과 대조구 원단(종래방법)을 각각 전처리제(Konica, 일본)로 가공처리하였다.

전처리제 가공조건은 상기 실시예 1-(2)와 동일하게 150℃×1m/min으로 하여, 잉크젯 프린팅 시스템 전용 전처리기로 가공하였다. 이때, 전처리제의 점도는 120 cps, 픽업률은 70%이였다.

그리고, 전처리제가 도포된 원단은 건조공정을 거친후, 단를 맞추어 권취하여 보관하였다.

(4) 잉크젯 프린터로 이미지 출력

잉크젯 프린터를 이용하여 컴퓨터에 저장되어 있는 이미지를 상기 실시예 3 의 공정을 거친 각 원단에 같은 농도, 같은 색상으로 날염하여 출력하였다.

(5) 스팀(Steaming) 처리

상기 실시예 1-(4)의 각 날염 출력물을 102℃에서 10분(102℃×10분)건조되도록 하였다.

(6) 수세와 건조(Washing & drying)

상기 실시예 1-(5)의 건조된 각 날염물을 수세하여 남은 키토산이나 프린팅되지 않은 염료를 제거한 다음, 다시 건조하였다.

(7) 원단 권취

본 발명에 따른 날염물과 종래 방법에 따른 날염물을 롤러기에 귄취하여 보관하고, 하기 실험예 1에서 샘플로 이용하였다.

[실험예 1]

본 실험예는 상기 실시예 1-(1) 내지 (7)의 잉크젯 프린팅 방법에 의해 완성된 본 발명에 따른 날염물과 종래 공정으로 날염된 비교예의 염색 정도를 비교하고자 염착량(build-up), 색차 및 색상의 경향을 측정하였다.

(1) 염착량 측정

상기 실시예에서 인쇄된 본 발명에 따른 날염물과 종래방법에 따른 날염물의 염착량을 C.C.M(computer color matching system)로 3회 측정한 후, 하기 식 2 에 의하여 평균 K/S 값(value)를 구하였다.

통상적으로 K/S 값이 높으면 원단의 염착량이 높은 것이고, 낮으면 염착량이 낮을 것을 나타낸다.

[식 2]

K/S 값 = (1-R)²/2R

이때, K는 흡수계수, S는 산란계수 및 R은 분광반사율을 나타낸다.

이의 결과, 하기 표 1과 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 날염물의 염착량이 종래방법보다 더 높게 나타났으며, 특히 검은색, 노랑색, 녹색의 염착량이 크게 증가한 것을 알 수 있었다.

또한, 색차(△E)가 있음을 알 수 있었다.

이는 잉크젯 프린팅 시스템을 사용한 날염물의 경우, 다른 날염 방식의 염착량보다 저하되는 경향이 있고, 특히 검은색의 염착량이 좋지 않은데, 본 발명은 검은색의 염착량을 크게 향상시켰음을 알 수 있었다.

(2) 색상 경향 평가

본 발명에 따른 날염물과 비교예의 출력된 색상별 경향을 파악하기 위하여 L*(명도; 0∼100, 이때 0은 검은색, 100은 흰색), a*(빨강색 방향), b*(노랑색 방향), DC*(채도차), DL*(명도차),DH*(색상차)의 값을 구하였다.

이의 결과, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 각 색상별로 종래방법보다 본 발명에 따른 날염물의 L* 값이 낮아져 색상이 더 진해짐(darker)을 알 수 있었다.

그리고, 채도의 경우에는 본 발명에 따른 날염물이 노랑색, 빨강색, 주황색, 녹색에서 선명도가 향상되었음을 알 수 있었다.

[실시예 2] 전처리 공정에 의한 면직물의 염착량 효과

본 실시예는 하기 표 3에 기재된 바와 같이, 면 30′평직(30's plain cotton)으로 제직된 각 원단을 이용하여 A, B, C, D의 전처리 공정으로 잉크젯 프린트용 원단을 준비한 다음 날염 이미지를 출력하여 날염물을 완성하였다.

이때, C와 D 공정에서 키토산 코팅액 처리는 1% 사과산에 1% 키토산(분자량 664,600)을 녹여 4시간 동안 균일하게 혼합하여 키토산 코팅액(120cps, pH는 3.5)을 완성한 다음, 이를 면직물(30' plain cotton)에 처리하였다.

그리고, 키토산 코팅액의 처리조건은 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

그런다음, 상기 전처리 공정을 거친 각 원단은 상기 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐, 잉크젯 프린터를 거쳐 검은색을 단색으로 날염을 하여 각 전처리 공정별 날염물을 완성하였으며, 이를 하기 실험예 2의 샘플로 각각 사용하도록 하였다.

[실험예 2]

(1) 염착량과 광원차

상기 실험예 1의 방법과 동일한 방법으로 각 샘플별 염착량과 색차(△E)를 측정하였다.

이의 결과, 하기 표 4에 나타난 바와같이 실시예 1과 마찬가지로 본 발명에 따른 날염물(C, D 전처리 공정)의 검은색 염착량이 종래방법으로 날염한 날염물보다 더 높았으며, 특히 검은색의 K/S 값의 차가 3 정도 되는 것은 염착량이 크게 향상된 것으로 볼 수가 있기 때문에 효과가 아주 우수함을 알 수 있었다.

또한, 광택 가공(Mercerized)한 원단을 사용하면, 본 발명에 따른 염착량의 효과가 더 우수하다는 사실을 알 수 있었다.

(2) 색상 경향 평가

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각 샘플별 검은색의 경향을 분석하였다.

이의 결과, 표 5에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 날염물의 명도(L*)값이 낮아져 검은색의 색상이 더 진해짐(darker)을 알 수 있었다.

또한, 키토산의 분자량 및 원단 종류에 상관없이 종래 방법보다 본 발명에 의해 더 높은 염착량을 얻을 수 있음을 확인하였다.

이상과 같이, 본 발명은 잉크젯 프린터를 이용한 날염방법에 있어서, 전처리공정 전에 키토산 코팅액을 원단에 도포하여 처리함으로써, 종래 방법과 비교하여 색상에 대해 선명성, 염착성 및 첨예도를 증가시킨 날염물을 제공할 수 있게 되었다.

Claims (5)

1. 전처리 공정과 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 원단에 날염하는 방법에 있어서,

   전처리 공정 전에 중량기준으로 1∼2%의 산성 용액에 분자량이 100,000∼ 1,000,000인 키토산을 1∼2%로 용해시킨 pH 3.0∼3.5의 키토산 코팅액을, 60∼80%의 픽업률(pick-up raio)이 되도록 원단에 균일하게 도포하여 피막이 형성되게 처리하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산성 용액은 사과산, 구연산 또는 초산 수용액인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 원단은 면, 마, 셀룰로오스 혼방섬유, 레이온 또는 텐셀인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트용 원단의 제조방법.

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