KR101132958B1

KR101132958B1 - 다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법

Info

Publication number: KR101132958B1
Application number: KR1020090089007A
Authority: KR
Inventors: 전준형; 김은철; 이봉환; 김미경; 최우혁; 김태경
Original assignee: 주식회사 삼광염직; 경북대학교 산학협력단; 한국염색기술연구소
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2012-04-09
Also published as: KR20110031664A

Abstract

본 발명은 도전성중심사(코어)를 나일론 및 면섬유로 감싼 다층구조 전도사로 이루어진 직물의 염색방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 염색 후 다층구조전도사함유직물의 형태안정성, 견뢰도, 정전용량, 균염 및 발색성이 우수하여 고품질의 염색을 할 수 있어 센서소재의 품위도를 제고할 수 있다.

전도사, 염색, 형태안정성

Description

다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법{Process Of Dyeing Conductive Textiles Having Multi Layer Conductive Yarn}

본 발명은 도전사로 이루어진 전도성 직물의 염색방법에 관한 것이다.

본 발명의 염색방법의 대상이 되는 직물은 다층구조 전도사로 이루어진 것으로서 이른바 스마트직물이라고도 한다.

현재 스마트 직물은 상용화 되어 IT기기를 위한 센서(스위치, 컨트롤러) 부분에 가장 많이 적용되어 있다. 그 중 직물형 센서의 경우에는 전도성 고분자를 이용하여 가공된 직물을 2-Layer로 배치하고 그 사이에 전도사를 사용하여 만들어진 직물을 삽입하는데, 자극(압력)을 받은 부분에 전류가 흐르게 되어 연결된 IT 기기가 작동하도록 한다. 이러한 직물은 일부 의류에 적용되어 휴대용 IT 기기를 작동시키는 스위치로 사용되고 있다.

상기 전도사는 일반적으로 중심사를 전도성코어를 사용하고 그 외부를 절연체로 감싸는 형태가 많은데, 중심사에 사용되는 전도성코어인 구리사등의 연성 때문에 직물제직 및 염색가공공정 중에 직물의 손상이나 접힘등이 발생하고 원상태로 복원되기가 어려워 형태안정성이 좋지 않았으며, 도전성능도 저하되는 문제점을 안 고 있었다.

그러므로 본 발명에서는 다층구조전도사를 함유하는 직물의 염색방법을 제공하면서 종래 기술의 문제점인 구리사를 함유하는 다층구조전도사의 특성인 구김현상을 방지하면서 전도성능 및 형태안정성이 우수한 염색방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 다층구조 전도사를 경사 및 위사 중 어느 하나이상으로 사용한 직물을 과산화수소 8~10g/ℓ, 과수안정제 3~5g/ℓ, 정련제 2~4g/ℓ, NaOH 1~3g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백액에 욕비 1:10~1:20, 80~95℃에서 30~40분간 정련ㆍ표백하여 상온에서 건조하여 전처리한 후,

반응성염료 2~13% o.w.f, Na₂SO₄ 40~60 g/ℓ, Na₂CO₃ 15~20g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20으로 온도 40~80℃로 60~90분간 염색한 후,

소핑제 1~3g/ℓ를 함유하는 수성소핑액에 욕비 1:10~1:20으로 처리온도 60~70℃로 20~30분간 소핑하는 것을 특징으로 하는 다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 도전성중심사(코어)를 나일론 및 면섬유로 감싼 다층구조 전도사로 이루어진 직물의 염색방법에 관한 것으로서 특히 염색후에도 직물의 형태안정성이 우수하고 견뢰도가 우수한 염색방법을 제공한다.

본 발명은 다층구조 전도사를 경사 및 위사 중 어느 하나이상으로 사용한 직물을 일액형정련표백액에 정련ㆍ표백하고 건조하여 전처리한 후, 반응성염료로 염색한 다음 소핑하는 순서로 염색공정을 실시한다.

우선, 염색의 대상이 되는 직물은 도 1에 나타난 바와 같이 중심사인 구리사(1)의 외경을 나일론본딩사(2)로 일차로 감싸고 면사(3)를 2차로 커버링한 다층구조 전도사를 경사 및 위사 중 어느 하나이상으로 사용하는데, 면과 구리사의 접착성을 높이기 위해 나일론본딩사를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 구리사는 표면에 수지코팅을 한 것을 사용하는 것이 절연성을 높일 수 있어 바람직하다.

상기 직물을 먼저 정련ㆍ표백하는 전처리공정을 하게 되는데, 본 발명에서는 공정의 편리상 및 직물의 형태안정성 향상을 위해 일액형정련표백액으로 처리한다. 상기 정련표백액은 과산화수소 8~10g/ℓ, 과수안정제 3~5g/ℓ, 정련제 2~4g/ℓ, NaOH 1~3g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백액을 사용하여 정련을 진행하게 하며, 욕비 1:10~1:20, 80~95℃에서 30~40분간 정련ㆍ표백하여 상온에서 건조하여 전처리한다.

상기 전처리공정에서 직물을 구성하는 다층구조 전도사의 전기저항은 처리온도나 pH에 따른 큰 변화가 없으나, 온도가 증가하고 pH가 낮아질수록 인장강도와 신도 특성은 감소하게 되므로 강산과 고온(pH 2, 100℃이상)의 조건은 피하는 것이 좋다. 상기 전처리공정에 의해 다층구조 전도사의 중심사외부의 나일론본딩사가 용융되어 도전체인 구리사와 절연체인 면사를 결합시켜 준다. 상기 전처리시 정련ㆍ표백후 70~85℃로 온수세한 후 30~40 ℃로 냉수세하는 공정을 추가하게 되면 수세성이 좋아진다.

상기 전처리공정후 염색공정을 하게 되는데, 반응성염료 2~13%o.w.f, Na₂SO₄ 40~60 g/ℓ, Na₂CO₃ 15~20g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20로 온도 40~80℃로 60~90분간 염색한다. 일반적인 습식염색으로는 구리사를 포함하는 다층구조 전도사의 특성으로 인하여 직물의 형태안정성 및 외관을 유지할 수 없기 때문에 비교적 적은 장력을 받으며 직물에 구김이 생기지 않도록 염색이 가능한 상기 염색시 지거염색기 또는 윈치를 사용하는 것이 좋다.

특히, 본 발명의 염색대상인 전도사함유직물의 경우 전처리 및 염색가공공정에서 구김이나 형태가 손상이 되면 다시 복원하기가 힘들고 센서소재로서 용도전개에 제약이 따를 수 있으므로 직물의 형태가 많이 손상되는 염가공기기는 피하는 것이 좋다.

상기 염색공정완료후 소핑제 1~3g/ℓ를 함유하는 수성소핑액에 욕비 1:10~1:20로 처리온도 60~70℃로 20~30분간 소핑하여 고견뢰성을 위한 작용을 부여하여 본 발명의 염색가공을 완료하게 된다. 소핑제는 계면활성제계열을 사용한다.

그러므로 본 발명에 의하여 염색 후 다층구조전도사함유직물의 형태안정성, 견뢰도, 균염 및 발색성이 우수하여 고품질의 염색을 할 수 있고 정전용량의 변화가 없어 고품위의 센서소재에 활용도를 제고할 수 있다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 다층구조 전도사로 이루어진 직물의 고견뢰염색방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

중심사인 구리사를 나일론본딩사(70d/10f)로 1차로 감싸고 면섬유로 2차로 커버링한 다층구조 전도사(10수)를 경사 및 위사로 사용하여 아래 표 1의 조건에 따라 직물을 제직하였다.

밀도(本/inch)	경사 : 130본, 위사 : 50본
폭(inch)	성폭 : 50inch, 가공폭 : 48inch
정경(SUZIKI 정경기)	정경장 : 28M, 무장력, RPM : 70, 효율 : 30%, No oiling
제직(FAST-T type)	RPM : 375, 효율 : 10~20%, warp tension : 50kg back rest r/o : 신축성 및 강력을 감안하여 조건적용, Wax bar 사용 : 삼각형태의 Wax bar 사용
수세 및 건조	물온도 : 60℃, RPM : 25, Setting 온도 : 150℃(폭은 당기지 않고 현폭 유지 작업), RPM : 25(수세)
셋팅	Steaming 3min, Setting

상기 직물을 아래 표 2의 조건으로 Jigger 염색기로 전처리, 표백, 염색 및 소핑(soaping) 하였다. 염색완료 후 상기 직물의 정전효율, 형태안전성 및 염색성을 측정하였다.

JIGGER 정련 및 염색
염료(Type)	전처리조건 (정련ㆍ표백)	염색조건	소핑조건
Remazol Brilliant Blue BB gran 133 (VS)	과산화 수소 8g/L 과수안정제(Neorate PLC-2000) 3g/L 정련제( Sunmorl CS-3) 2g/L NaOH 1g/L 욕비 1:10 95℃에서 30분간 정련 및 표백, 10분간 온수세(80 ℃), 10분간 냉수세(30 ℃이하), 상온에서 건조 12시간. 저욕비 정련가능	염료 2%o.w.f Na₂SO₄ : 40g/L Na₂CO₃ : 15g/L Color : blue 욕비 : 1:10 60℃, 90min간 염색 저욕비 염색가능	소핑제 : RF 101 처방 : 1g/L 욕비 : 1:10 처리온도 : 60℃ 처리시간 : 20분 저욕비 소핑가능

[비교예 1]

실시예 1의 직물과 동일한 직물을 표 3과 같이 일반 래피드염색을 하였다.

rapid 정련 및 염색
염료(Type)	전처리조건 (정련ㆍ표백)	염색조건	소핑조건
Remazol Brilliant Blue BB gran 133 (VS)	과산화 수소 8g/L 과수안정제(Neorate PLC-2000) 2g/L 정련제( Sunmorl CS-3) 1g/L NaOH 1g/L 욕비 1:30 95℃에서 30분간 정련 및 표백, 상온에서 건조 12시간.	염료 2%o.w.f Na₂SO₄ : 40g/L Na₂CO₃ : 15g/L Color : blue 욕비 : 1:30 60℃, 90min간 염색	소핑제 : RF 101 처방 : 1g/L 욕비 : 1:30 처리온도 : 60℃ 처리시간 : 20분

상기 실시예 1 및 비교예 1의 염색물들의 염색견뢰도는 세탁 KS K 0430 , 마찰 KS K 0650, 일광 AATCC 16E의 규격에 근거하여 조사하였고, CCM(SF600Plus, Datacolor International)을 사용하여 균염성(ΔE*)을 측정하였다. 직물내부의 균염성을 확인하기 위하여 섬유내부 형상을 TM510(Mitsutoyo) 현미경을 사용하여 촬영하였다. 표 4는 염색물들의 색상견뢰도를, 표 5는 색차 및 K/S를 보여주고 있다.

견뢰도			실시예 1	비교예 1
Washing KS K ISO 105 C06	Change in Color		4-5	4-5
	Staining	Acetate	4-5	4-5
		Cotton	4-5	4-5
		Nylon	4-5	4-5
		PET	4-5	4-5
		Acrylic	4-5	4-5
		Wool	4-5	4-5
Light KSK K ISO 105 B02	Change In Color		4.5	4.5
Rubbing KS K 0650	Dry		4-5	4-5
Rubbing KS K 0650	Wet		4-5	4-5

	실시예 1	비교예 1
DE*	0.36	0.32
K/S	7.05	7.50

상기 표 4의 실시예 1의 염색견뢰도 특성을 보면 세탁견뢰도는 4-5등급으로 매우 우수한 견뢰도를 나타나고 있으며, 일광견뢰도의 경우 전체적으로 4급을 나타내고 있으나, 비교예 또한 상이한 수준으로 나타난다. 마찰견뢰도의 경우 건조상태에서는 4-5급의 우수한 견뢰도 특성을 보이며 비교예 1 또한 상이 하였다.

발색성의 경우 실시예 1은 단파장 K/S 7~8이상의 우수한 발색성을 나타내고 있으며, 색상발현 선명성이 우수하게 나타나고 있다. 비교예 1또한 비슷한 발색성을 나타 내었다.

하기 표 6은 실시예 및 비교예의 직물 형태안정성의 변화를 측정한 것으로, 가공공정 중 전처리공정에서 폭이 가장 비교적 크게 감소하고, 전처리에서부터 염색공정에서는 폭의 변화 또한 진행이 되었다. 실시예 1이 비교예 1보다 수축성의 변화가 적음으로 인해 원단의 뒤틀림이 적어 직물의 형태안정성이 우수하였다.

구분	실시예 1	비교예 1
수축성 (기준:경위사20cm)	생지 : 20 × 20cm 전처리후: 19.6 × 19.5cm 염색후: 19.3 × 19.2cm -전체 수축률: 경사 3.6%, 위사 4.1% -전처리 후 수축률 경사 1.5%, 위사 1.6%	생지 : 20 × 20cm 전처리후: 19.2 × 19.1cm 염색후: 18.5 × 18.3cm -전체 수축률: 경사 7.5%, 위사 8.5% -전처리 후 수축률 경사 4.0%, 위사 4.5%

정전용량변화량을 알아보기 위하여 한국봉제기술연구소에서 정전용량을 측정하였으며 그 측정방법은 다음과 같다. 직물을 14cm × 14cm 크기로 재단하여 시료를 수집하여 측정 면적 10cm × 10cm을 제외한 전도사 원사의 일부를 외부로 위사 경사 방향 각 한 부분만 뽑아내어 면부분을 연소 시키고 구리사에 남아 있는 이물질을 알코올로 제거하였다. 알코올로 이물질을 제거한 구리사를 2cm × 10cm의 구리판위에 고정시킨 뒤 단부에 구리사의 전극화를 위해 전도성 접착제(후지쿠라 화성(주) D-723)를 도포한 후 전도성 필름(아진일렉트론 W-290-PCN)을 이용하여 고정시켜 전기적 성질(정전용량) 측정을 위해 LCR 미터(GwINSTEK LCR-816) 프로브에 연결하여 항온ㆍ항습(21℃± 1℃, 65%± 1%)에서 일정 시간동안 (1시간/5분단위) 전기적 성질(초기 정전용량)의 변화 폭을 분석하였다. 도 3은 실시예 1의 처리조건에 따른 전도직물의 정전용량의 변화를 나타내는데, 정련 및 염색공정후에도 정전용량의 변화가 없음을 보여주고 있다.

도 1은 본 발명의 염색의 대상이 되는 직물을 구성하는 다층구조 전도사의 단면 SEM사진이며,

도 2는 본 발명의 염색방법에 따른 실시예 및 비교예의 표면사진이며,

도 3은 실시예 1의 처리조건에 따른 전도직물의 정전용량의 변화그래프이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 구리사 2 : 나일론본딩사

3 : 면사

Claims

중심사인 구리사의 외경을 나일론본딩사로 일차로 감싸고 면사를 2차로 커버링한 다층구조 전도사를 경사 및 위사 중 어느 하나이상으로 사용한 직물을 과산화수소 8~10g/ℓ, 과수안정제 3~5g/ℓ, 정련제 2~4g/ℓ, NaOH 1~3g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백액에 욕비 1:10~1:20, 80~95℃에서 30~40분간 정련ㆍ표백하여 상온에서 건조하여 전처리한 후,

반응성염료 2~13% o.w.f, Na₂SO₄ 40~60 g/ℓ, Na₂CO₃ 15~20g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20으로 온도 40~80℃로 60~90분간 염색한 후,

소핑제 1~3g/ℓ를 함유하는 수성소핑액에 욕비 1:10~1:20으로 처리온도 60~70℃로 20~30분간 소핑하는 것을 특징으로 하는 다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 전처리시 정련ㆍ표백후 70~85℃로 온수세한 후 30~40 ℃로 냉수세하는 것을 특징으로 하는 다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법.
제 1항에 있어서, 상기 염색시 지거염색기 또는 윈치를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층구조 전도사로 이루어진 전도성 직물의 염색가공방법.