KR101262709B1 - 전도성 직물의 동색성향상염색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성중심사(코어)를 나일론 및 면섬유 등 이종의 섬유소재로 감싼 다층구조 전도사 및 양모사로 이루어진 직물의 동색성 향상을 위한 염색방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 염색 후 이종 성분의 섬유소재의 동색성 확보가 가능하며, 다층구조 전도사 함유 직물의 형태안정성, 정전용량, 균염 및 발색성이 우수한 고품질의 염색을 할 수 있어 센서소재로의 다양한 용도전개와 품위도를 제고할 수 있다.

Description

전도성 직물의 동색성향상염색방법{Process Of Level Dyeing For Conductive Textiles}

본 발명은 이성분으로 구성된 도전사 및 양모사를 사용한 전도성 직물의 동색성 향상을 위한 염색방법에 관한 것이다.

본 발명의 염색방법의 대상이 되는 소재는 도전성중심사(코어)를 면사 및 나일론으로 감싼 도전사와 양모사로 이루어진 전도성 직물로서 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. 최종제품의 경우, 본 발명에서의 전도성 직물을 적용하여 환경변화에 반응하는 센서를 부착하여 스마트직물로서의 카페트 제품 및 시트용 제품으로 전개가 된다.

도전사 및 도전사가 포함된 직물의 경우, 전처리 및 염색가공 공정에서 수반되는 pH 및 온도 조건 등에 전기적 특성 및 물성저하가 우려된다. 또한 설비적 특성에 따른 물리적인 불량(구김, 형태변화 등)이 우려됨으로 최종제품에서 전도성능 및 물리적 안정성이 확보되는 전처리 및 염색가공 공정조건이 요구된다.

또한, 이종 성분의 소재가 적용된 도전사 및 직물의 경우, 용도전개 및 제품화를 위하여 동색성을 확보하여야 하는데, 이는 도전성분이 함유된 도전사 및 직물로써 기존의 이종소재 교직물의 염색방법과는 다른 공정조건으로 진행되어야 전기적 특성 및 물성이 발현될 수 있다.

특히 면사 및 나일론으로 커버링된 도전사와 양모사를 함유하는 전도성 직물의 경우 전기적 특성 및 물성저하를 피하기 위한 이욕염색 조건에서는 반응성염료의 염착이 양모사에 이염되므로 면사부분의 색농도를 올리기가 어려워 동색성을 기대하기 힘든 문제점을 안고 있었다.

그러므로 본 발명에서는 이종 성분으로 구성된 도전사 및 양모사를 함유하는스마트직물의 동색성 향상을 위한 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 전도사와 양모사로 이루어진 직물을 소다회 3~7g/ℓ, 과산화수소 2~5g/ℓ, 과수안정제 0.3~2g/ℓ, 정련제 0.5~3g/ℓ, 정수제 0.1~1g/ℓ, 침투제 0.5~3g/ℓ, 산화호발제 10~30g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백욕에 욕비 1:10~1:20 , 70~80℃로 30~60분간 정련ㆍ표백하여 전처리한 후, 중성고착형 반응성 염료 1~5% o.w.f와 산성염료 0.3~1.5% o.w.f, pH 버퍼조제 0.5~3g/ℓ, 망초 30~70g/ℓ, 산성균염제 0.5~2g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20으로 pH 7~8, 온도 90~100℃로 30~60분간 염색한후,욕비 1:10~1:20에 60~70℃에 5~10분간 2회 온수세하고 다시 30~40℃, 5~10분간 냉수세하는 것을 특징으로 하는 전도성 직물의 동색성향상염색방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 전도성 직물의 동색성향상염색방법은 다층구조 전도사와 양모사로 이루어진 직물을 정련ㆍ표백하여 전처리한 후, 중성고착형 반응성 염료와 산성염료를 함유하는 염액에 1욕으로 염색한후, 수세하는 순서로 실시하는 염색가공으로서 염색시에 직물의 동색성을 향상시키고 염색후에도 직물의 형태안정성이 우수하고 전기적특성이 유지되도록 하는 염색가공방법에 관한 것이다.

본 발명에서 염색의 대상이 되는 전도성 직물은 다층구조 전도사와 양모사로 이루어진 직물로서 상기 다층구조 전도사는 중심사인 구리사의 외경을 나일론본딩사로 일차로 감싸고 면사 또는 면사와 나일론사의 합사를 2차로 커버링한 다층구조 전도사를 사용한다. 상기 다층구조 전도사와 양모사로 이루어진 직물은 다층구조 전도사를 경사 및 위사 중 어느 하나 이상으로 사용한 교직물형태나 다층구조전도사와 양모사의 합사를 사용한 직물도 해당된다.

우선, 전도성 직물의 전처리공정인 정련ㆍ표백은 직물을 소다회 3~7g/ℓ, 과산화수소 2~5g/ℓ, 과수안정제 0.3~2g/ℓ, 정련제 0.5~3g/ℓ, 정수제 0.1~1g/ℓ , 침투제 0.5~3g/ℓ, 산화호발제 10~30g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백욕에 욕비 1:10~1:20 , 70~80℃로 30~60분간 정련ㆍ표백하게 된다.

본 발명에서 상기 정련ㆍ표백의 전처리공정은 공정의 편리성 및 형태안정성 향상을 위해 일액형정련표백액으로 처리한다. 전처리시 윈치기를 사용하여 처리하면 전처리공정에서 가능한 장력없이 축을 주며 이후 공정에서는 축변화를 최소화 할 수있기 때문에 전체적인 직물의 형태안정성면에서 좋다.

상기 전처리공정에서 직물을 구성하는 다층구조 전도사의 전기저항은 처리온도와 pH에 따른 큰 변화가 없으나, 온도가 증가하고 pH가 낮아질수록 인장강도와 신도 특성은 감소하고 반대로 pH가 증가할 때 교직된 양모사 부분의 인장강도와 신도 특성은 감소하게 되므로 강산과 강알카리 그리고 고온 (pH 2이하, pH 10이상, 100℃ 이상)의 조건은 피하는 것이 좋다. 상기 전처리 공정에 의해 다층구조 전도사의 중심사외부의 나일론본딩사가 용융되어 도전체인 구리사와 절연체인 면사 및 나일론커버링사를 잘 결합시켜 준다. 상기 전처리시 50℃로 온수세한 후 30~40 ℃로 냉수세하는 공정을 추가하게 되면 수세성이 좋아진다.

전처리공정 후 염색공정을 행하게 되는데, 중성고착형 반응성 염료 1~5% o.w.f와 산성염료 0.3~1.5% o.w.f, pH 버퍼조제 0.5~3g/ℓ, 망초 30~70g/ℓ, 산성균염제 0.5~2g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20으로 pH 7~8, 온도 90~100℃로 30~60분간 염색한후, 욕비 1:10~1:20에 60~70℃에 5~10분간 2회 온수세하고 다시 30~40℃, 5~10분간 냉수세하여 공정을 완료하게 된다.

상기 전처리공정후 염색공정을 하게 되는데, 중성고착형 반응성 염료는 MNT(Mononicotinic acid―triazine)형 또는 MCT(Monochloro―triazine)형 중성고착형 반응성 염료를, 산성염료는 Half milling형을 사용하여 1욕염색하는 것이 균염효과 및 동색성향상에 바람직하다.

종래의 2욕 염색은 1차로 반응성염료 염색을 한 후 2차로 산성염료 염색을 하게 되는데, 2차 산성염료 염색 후 1차의 반응성염료 염색에서 염착된 면(cotton) 부분의 염료가 탈락하면서 면(Cotton)소재의 색상강도가 1차 염색보다 떨어지는 현상을 보이며 반대로 나일론 커버링사의 색상강도는 올라가는 경향을 보인다. 이는 2차 염색시 산성염료 염색 기준인 90℃의 산성욕 조건에서 면(cotton) 염색 염료인 반응성 염료가 탈락하고 나일론 커버링사에 염착이 되면서 동색성 구현이 어렵게 된다. 본 발명의 염색대상인 전도성 직물의 특성상 물 접촉을 최소화해야 하고 현장 공정상 경제적인 측면에서도 본 발명의 1욕염색방법으로 전개하는 것이 바람직하다.

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

상기 염색공정완료후 욕비 1:10~1:20에 60~70℃에 5~10분간 2회 온수세하고 다시 30~40℃, 5~10분간 냉수세하여 본 발명의 염색가공을 완료하게 한다.

본 발명에서는 상기 염색후 산성염료용고착제(sunlife NFS) 2~5% o.w.f를 함유하는 수성 고착액에 욕비 1:30~1:40으로 60~70℃로 20~40분간 고착하는 고착공정을 추가할 수 있는데, 염색 후 열수세시 섬유로부터 탈락된 미고착 염료의 재부착을 방지하여 염색물의 변색을 극소화 할 수 있어 동색성의 확보를 용이하게 하고 습윤견뢰도를 상승시킬 수 있다. 상기 산성염료용고착제(sunlife NFS)는 방향족 술폰산계 축합물 및 유기산의 혼합물이다.

그러므로 본 발명에 의하여 다층구조전도사를 함유하는 전도성직물의 형태안정성, 전기적특성을 유지하면서도 동색성 및 발색성이 우수한 고품질의 염색을 할 수 있어 고품위의 센서소재에 활용도를 제고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전도성 직물의 동색성향상염색방법에 의한 실시예 1의 직물사진이며,
도 2는 비교예 1의 직물사진이다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 전도성 직물의 동색성향상염색방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

중심사인 구리사를 나일론본딩사(70d/10f)로 1차로 감싸고 면사 및 나일론사로 2차로 커버링한 다층구조 전도사(1/11.7 Nm, 70D 2합)와 방모사의 배열을1 : 7로 하여 각각 경사 및 위사로 사용하여 아래 표 1의 조건에 따라 직물을 제직하였다.

다층구조전도사:방모사 1:7배열직물	경사 : 48본, 위사 : 40본
	성폭 : 46inch, 가공폭 : 44inch
	정경장 : 92M, 무장력, RPM : 70, 효율 : 30%, No oiling
	RPM : 375, 효율 : 10~20%, warp tension : 50kg back rest r/o : 신축성 및 강력을 감안하여 조건적용, Wax bar 사용 : 삼각형태의 Wax bar 사용
	전도사 번수 : 1/11.7Nm Cotton : Copper : 나일론점착사 : 나일론커버링사 = 32 : 25.2 : 4.3 : 38.5 %
	Nylon. Covering사 (70D, 2합)
	방모사	센서영역	Wool - 100% (번수 : 1/16Nm , 연수 : Z520) White
		경계사	Wool - 100% (번수 : 1/16Nm , 연수 : Z520) Black

상기의 직물을 소다회 5g/ℓ, 과산화수소 3g/ℓ, 과수안정제 0.4g/ℓ, 정련제 1g/ℓ, 정수제 0.1g/ℓ, 소포성침투제 0.5g/ℓ, 산화호발제 15g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백욕에 욕비 1:10 , 70℃로 40분간 정련ㆍ표백한 후, 아래 표 2의 조건으로 1욕 염색을 진행 하였다. 염색 완료후 직물의 동색성 및 정전효율, 형태안정성을 측정하였다.

염료	염색조건	수세조건	사용기기
중성고착형 반응성염료 (PAPIZOLON YELLOW HT-RN 1.8% o.w.f, PAPIZOLON BLUE HT-MN 0.9% o.w.f) 산성염료 (Half Milling) (NYLOSAN YELLOW N3RL 0.4% o.w.f, NYLOSAN BLUE NBLN 0.33% o.w.f)	color : green 욕비 1:20 pH Buffer (Klsco Buffer N):1.0 g/ℓ 망초 : 50 g/ℓ 산성균염제 (ER-01) : 0.5 g/ℓ 90℃, 30min간 염색	수세조건 온수세 70℃, 5분간 (2회반복) 냉수세 30℃, 5분간	무장력 상압 Jigger (JiggerDyeingM/C CIS-A721100)

[실시예 2]

상기 실시예 1의 수세공정 후 산성염료용고착제(sunlife NFS) 3% o.w.f를 함유하는 수성 고착액에 욕비 1:30으로 70℃로 20분간 고착하는 고착공정을 추가로 행하였다.

[비교예 1]

실시예 1의 직물과 동일한 직물을 표 3과 같이 2욕 염색을 진행 하였다.

염료	염색조건	수세조건	사용기기
반응성염료 (DRIMAREN YELLOW CL-2R 2.5% o.w.f DRIMAREN BLUE HF-RL 0.9% o.w.f) 산성염료 (Half Milling) (NYLOSAN YELLOW N3RL 0.4% o.w.f NYLOSAN BLUE NBLN 0.33% o.w.f)	color : green 욕비 1:20 1차염색 망초 : 50 g/ℓ 소다회 : 4g/ℓ 60℃, 60min간 염색 2차염색 pH조절제 : 0.7 g/ℓ ER-01 : 0.5 g/ℓ 90℃, 30min간 염색	수세조건 온수세 70℃, 5분간 (2회반복) 냉수세 30℃, 5분간	무장력 상압 Jigger JiggerDyeingM/C CIS-A721100

상기 실시예 1 및 비교예 1의 염색물들의 동색성을 확인하기 위해 균염성 (△E*)을 CCM (SF600Plus, Datacolor International)로 사용하여 측정하였다. 표 4는 색차 및 K/S를 보여주고 있다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
△E*	0.79	0.76	2.54
Total K/S	227.2	221.6	195.1

동색성 확인을 위한 균염성 △E*을 비교하여보면 1욕염색한 실시예 1 및 2는 0.79, 0.76으로 우수한 균염성을 보이며 2욕염색한 비교예 2는 2.54로 직물 표면 상 색차가 심해 동색성이 떨어지는것을 확인 하였다.

하기 표 5은 실시예 및 비교예의 직물 형태안정성의 변화를 측정한 것으로, 가공공정 중 전처리공정에서 축이 크게 감소하였고, 최종적으로 실시예보다 비교예가 축 변화가 더 일어난것을 확인 하였다. 이는 비교예가 염색시 2욕으로 진행 됨에 따른 것으로 확인 된다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
(기준:경위사 20cm)	생지 : 20 x 20 cm 전처리후 : 18.8 x 18.5 cm 염색후 : 18.1 x 17.8 cm - 전체 수축률 : 경사 9.5% 위사 10.5% - 염색공정 수축률 : 경사 3.72% 위사 3.24%	생지 : 20 x 20 cm 전처리후 : 18.8 x 18.5 cm 염색후 : 18.1 x 17.8 cm 고착처리후 :18 x 17.8 cm - 전체 수축률 : 경사 9.5% 위사 10.5% - 염색공정 수축률 : 경사 3.72% 위사 3.24%	생지 : 20 x 20 cm 전처리후 : 18.8 x 18.5 cm 1차염색후 : 18.3 x 18.1 cm 2차염색후 : 17.8 x 17.6 cm - 전체 수축률 : 경사 11.0% 위사 12.0% - 염색공정 수축률 : 경사 5.32% 위사 4.86%

정전용량변화량을 알아보기 위하여 패션산업연구원에서 정전용량을 측정하였으며 그 측정 방법은 다음과 같다. 직물을 14 ㎝ × 14 ㎝ 크기로 재단해 시료를 수집하여 측정 면적 10 ㎝ × 10 ㎝ 을 제외한 전도사 원사의 일부를 외부로 위사 경사 방향 각 한 부분만 뽑아내어 면 부분을 연소시키고 구리사에 남아 있는 이물질을 알코올로 제거하였다. 알코올로 이물질을 제거한 구리사를 2 ㎝ × 10 ㎝의 구리판 위에 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) 포로브에 연결 하여 항온/항습 (21℃± 1℃, 65%± 1%)에서 일정 시간동안 (1시간/5분단위) 전기적 성질 (초기 정전용량)의 변화 폭을 분석 하였다. 실시예와 비교예 모두 정전용량 변화가 없음을 보여주었다.

Claims (3)

1. 다층구조 전도사와 양모사로 이루어진 직물을 소다회 3~7g/ℓ, 과산화수소 2~5g/ℓ, 과수안정제 0.3~2g/ℓ, 정련제 0.5~3g/ℓ, 정수제 0.1~1g/ℓ, 침투제 0.5~3g/ℓ, 산화호발제 10~30g/ℓ 및 잔부로써 물로 이루어진 일액형정련표백욕에 욕비 1:10~1:20 , 70~80℃로 30~60분간 정련ㆍ표백하여 전처리한 후,
   중성고착형 반응성 염료 1~5% o.w.f와 산성염료 0.3~1.5% o.w.f, pH 버퍼조제 0.5~3g/ℓ, 망초 30~70g/ℓ, 산성균염제 0.5~2g/ℓ 및 잔부로써 물을 함유하는 염액에 욕비 1:10~1:20으로 pH 7~8, 온도 90~100℃로 30~60분간 염색한후,
   욕비 1:10~1:20에 60~70℃에 5~10분간 2회 온수세하고 다시 30~40℃, 5~10분간 냉수세하는 것을 특징으로 하는 전도성 직물의 동색성향상염색방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사와 양모사로 이루어진 직물은 중심사인 구리사의 외경을 나일론본딩사로 일차로 감싸고 면사를 2차로 커버링한 다층구조 전도사와 양모사로 된 교직물인 것을 특징으로 하는 전도성 직물의 동색성향상염색방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 염색후 산성염료용고착제 2~5% o.w.f를 함유하는 수성 고착액에 욕비 1:30~1:40으로 60~70℃로 20~40분간 고착하는 고착공정을 추가로 하는 것을 특징으로 하는 전도성 직물의 동색성향상염색방법.
   
   
   
   
   
   

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