KR102181953B1 - 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법 - Google Patents

메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메타계 아라미드 섬유에 아크릴계 수지를 기반으로 하는 전처리 조성물과 실리콘계 수지를 기반으로 하는 전처리 조성물을 처리함으로써 메타계 아라미드 섬유에 대하여 우수한 발색도와 견뢰도(일광, 마찰), 방염성을 가지는 이미지의 디지털 프린팅이 가능하도록 메타계 아라미드 섬유를 전처리 가공하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 1차 전처리용 조성물의 도포 및 패딩 가공을 통한 1차 전처리 공정, 1차 전처리용 조성물의 열고착 및 건조를 위한 1차 건조 공정, 2차 전처리용 조성물의 패딩 가공을 통한 2차 전처리 공정, 2차 전처리용 조성물의 열고착 및 건조를 위한 2차 건조 공정 등과 같은 공정에 의해 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공이 완료되도록 구성한 것이다.
본 발명은 저렴한 비용으로 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공이 가능하도록 한 것으로, 대량 생산이나 소량 생산 모두에 적합할 뿐만 아니라 다양한 색상의 표현이 가능하며, 메타계 아라미드 섬유에 대해 인쇄된 이미지의 발색도 및 첨예도와 일광견뢰도, 방염성을 우수하게 유지시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법{m-Aramid Textile Pretreatment method}
본 발명은 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅(DTP; Digital Textile Printing)을 위한 전처리 가공방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 메타계 아라미드 섬유에 아크릴계 수지를 기반으로 하는 전처리 조성물과 실리콘계 수지를 기반으로 하는 전처리 조성물을 처리함으로써 메타계 아라미드 섬유에 대하여 우수한 발색도와 견뢰도(일광, 마찰, 세탁), 방염성을 가지는 이미지의 디지털 프린팅을 할 수 있게끔 메타계 아라미드 섬유를 전처리하기 위한 가공방법을 제공하기 위한 것이다.
아라미드 섬유는 결합형태에 따라 메타계 아라미드(Meta-liked Aramid)섬유와 파라계 아라미드(Para-liked Aramid) 섬유로 크게 구분되는데, 메타계 아라미드 섬유는 열안정성에 우수하다는 특징이 있다.
메타계 아라미드 섬유는 벤젠환이 메타 위치에서 아미드기와 연결된 중합체로 만든 섬유의 총칭이며, 상기 메타계 아라미드 섬유는 융점이 350℃에 이르기 때문에 내열성, 난연성, 방염성이 우수하여 방호용 의류 및 장비, 레이싱용 의류나 항공기용 내부 소재, 산업용 필터재 등과 같은 다양한 분야에 사용되고 있으며 일반 소비자용 의류나 생활 소재 등으로도 쓰이고 있다.(상품명 : 듀퐁사 - 노멕스(Nomex), 테이진사 - 고넥스 등)
메타계 아라미드 섬유는 특히 내열성, 난연성, 내약품성, 내방사성이 우수하기 때문에 소방복 등과 같은 방호의류에 많이 사용되고 있으나 강고한 분자구조와 고결정성의 치밀한 구조 때문에 염료의 침투가 어려운바, 아라미드 섬유의 염색(인쇄)과 관련하여서는 현재까지 여러 가지 연구개발이 이루어지고 있다.
메타계 아라미드 섬유의 염색성(인쇄능) 향상을 위한 방안의 하나로 스퍼터링(sputtering) 처리에 의한 염색성 향상 또는 농염화와 용매처리에 의한 방안이 제시되고 실용화 수단으로 안료를 폴리머에 혼입한 원착에 의한 방법이 소개되고 있으나 이는 안료를 폴리머에 혼입하는 것이기 때문에 폴리머의 교체 손실이 클 뿐만 아니라 메타계 아라미드 섬유에 대한 단일 색상의 대량 염색작업을 위한 것이어서 소량 염색이나 다양한 색상의 염색작업에는 적합하지 않았으며, 내열성이 있는 안료를 선정해야한다는 제약이 따른다.
그리고, 치밀한 섬유구조를 느슨하게 개질함으로써 염료를 분자 사이에 염착시키는 방안 및 섬유구조를 느슨하게 개질한 후 더욱 다량의 용매를 사용하여 더욱 팽윤시켜 염료를 분자 사이에 염착시키는 방안 등이 제시되었으나 이는 섬유를 이완구조로 개질하고 이를 위한 용제를 병용하기 때문에 아라미드 섬유의 강도가 저하된다는 문제점이 발생할 뿐만 아니라 설비 측면에서도 용제회수처리시설 등이 필요하다는 부분에서 비용적인 문제점이 지적되었다.
한편, 아라미드 섬유의 염색성 향상을 위한 방안의 하나로 초고온 고압에 의한 처리 방안이 제시되고 있으나 이는 190℃ 이상의 초고온에서 처리하기 때문에 고내열성 염료와 중후한 설비가 필요할 뿐만 아니라 대량의 에너지가 소비되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 아라미드 섬유의 염색성(인쇄능) 향상을 위한 전처리에 따른 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 아크릴계 수지를 기반으로 하는 조성물을 이용하여 전용화 장비를 사용하지 않으면서 저렴한 비용으로 메타계 아라미드 섬유의 염색성(인쇄능) 향상을 위한 전처리 가공이 가능하게 하고, 대량 생산이나 소량 생산 모두에 적합하게 이용할 수 있도록 함과 아울러 다양한 색상의 표현이 가능하게 하며, 메타계 아라미드 섬유에 대해 인쇄되는 이미지의 발색도 및 첨예도와 일광견뢰도를 우수하게 유지시킬 수 있도록 함에 기술적 과제의 주안점을 두고 완성한 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅(DTP; Digital Textile Printing)을 위한 전처리 가공방법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 메타계 아라미드 섬유에 아크릴계 수지를 기반으로 하는 1차 전처리용 조성물을 도포하고 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩 가공하여 1차 전처리용 조성물을 함침시키는 1차 전처리 공정, 1차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 건조하여 1차 전처리용 조성물에 대한 열고정 및 건조가 이루어지도록 하는 1차 건조 공정, 1차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유에 실리콘계 수지를 기반으로 하는 2차 전처리용 조성물을 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩(padding) 가공하여 2차 전처리용 조성물을 함침시키는 2차 전처리 공정, 2차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 텐터 가공하여 2차 전처리용 조성물에 대한 열고정 및 건조가 이루어지도록 하는 2차 건조 공정을 통해 메타계 아라미드 섬유에 대한 전처리가 이루어지도록 한 것을 기술적 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서 제시하는 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법은 아크릴계 수지를 기반으로 하는 조성물을 이용하여 전용화 장비를 사용하지 않으면서 저렴한 비용으로 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅이 가능하게 위한 전처리 가공을 진행할 수 있는 것으로, 대량 생산이나 소량 생산 모두에 적합할 뿐만 아니라 다양한 색상의 표현이 가능하며, 메타계 아라미드 섬유에 대해 인쇄된 이미지의 발색도 및 첨예도와 견뢰도, 방염성을 우수하게 유지시킬 수 있는 등 그 기대되는 효과가 매우 유익한 발명이다.
도 1은 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법의 공정도.
도 2는 발색도 비교를 위해 이미지가 프린팅된 샘플 시편1,2,3,4를 촬영한 사진.
도 3은 발색도 비교를 위해 이미지가 프린팅된 샘플 시편5,6,7,8을 촬영한 사진.
도 1에 본 발명에서 제시하는 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공방법의 공정도가 도시되는데, 도시된 바를 통해 본 발명은 1차 전처리용 조성물의 패딩 가공을 통한 1차 전처리 공정, 1차 건조 공정, 2차 전처리용 조성물의 패딩 가공을 통한 2차 전처리 공정, 2차 건조 공정 등과 같은 공정에 의해 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅(DTP; Digital Textile Printing)을 위한 전처리 가공이 완료되도록 한 것임을 확인할 수 있는바, 이하에서 각 단계별 공정에 대해 설명하기로 한다.
< 1차 전처리 공정 >
본 공정은 메타계 아라미드 섬유에 염색 기반을 형성하여 주기 위한 공정으로, 메타계 아라미드 섬유의 표면에 아크릴계 수지를 기반으로 하는 1차 전처리용 조성물을 도포한 후 망글링 가공하여 메타계 아라미드 섬유에 1차 전처리용 조성물이 함침되도록 하는 것이다.
본 발명에서는 가장 우수한 물성을 가지는 1차 전처리용 조성물의 기반 물질(아크릴 수지)을 발굴하기 위해서 고분자 물질에서 물성의 변화가 시작되는 온도인 유리전이온도(Tg)를 달리하는 4종의 아크릴계 수지를 선택한 후 균질기(Homogenizer)를 사용하여 50,000 rpm 속도로 균질 혼합하는 과정을 통해 유리전이온도가 0℃인 아크릴계 수지 기반의 전처리 조성물(INC-01), 유리전이온도가 10℃인 아크릴계 수지 기반의 전처리 조성물(INC-02), 유리전이온도가 20℃인 아크릴계 수지 기반의 전처리 조성물(INC-03), 유리전이온도가 30℃인 아크릴계 수지 기반의 전처리 조성물(INC-04)을 각각 제조하였으며, 픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 INC-01 내지 04의 전처리 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유 시편을 2bar의 압력조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 샘플 시편1, 2, 3, 4를 구하였다.
1차 전처리가 이루어진 각 샘플 시편의 발색도를 테스트하기 위해 Cyan, Magenta, Yellow, Black 4종류 색상의 잉크를 이용하여 전사지에 720×720 dpi 해상도로 이미지를 출력한 후 전사기를 이용해 200℃, 630rpm 조건으로 각 샘플 시편에 전사 프린팅을 진행하여 발색을 하고, 발색이 이루어진 각 샘플 시편에 대해 CCM(Computer Color Matching system)을 통한 표면 반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의거하여 K/S values로 표현하여 비교한 결과는 하기의 표 1과 같이 나타났다.
구 분 C (660nm) M (520nm) Y (450nm) B (600nm)
샘플 시편1 6.0758 5.8395 5.6273 7.5835
샘플 시편2 6.3516 6.3378 5.6699 7.1241
샘플 시편3 6.4302 6.4774 5.9111 7.4317
샘플 시편4 6.4565 6.0366 5.8691 8.2336
표 1을 통해 확인할 수 있듯이 큰 차이를 보이지는 않았으나 샘플 시편3과 샘플 시편4의 발색도가 전반적으로 우수하였으며, Magenta 및 Yellow 색상의 경우 샘플 시편3에서 발색도가 우수하게 나타났고, Cyan 및 Black 색상은 샘플 시편4에서 발색도가 우수하게 나타났는데, 이는 전사 프린팅이 이루어진 각 샘플 시편을 촬영한 사진(도 2 참조)을 통한 육안식별에서도 확인할 수 있다.
한편, 1차 전처리용 조성물의 기능은 프린팅된 이미지에 대한 높은 발색성과 함께 높은 첨예성(선명도)을 발휘하는 것이 요구되므로 잉크 번짐성을 통해 첨예성 테스트를 진행하였으며, 첨예성 테스트는 각 샘플 시편에 0.3 mm 두께의 선 이미지(각 40%의 C, M, Y, K 혼합색)를 프린팅하고 공구현미경(Mitsutoyo, TM510)과 자동영상분석장치(EZ Capture)를 사용하여 실제 샘플 시편에 0.3 mm 선으로 프린팅된 경사와 위사 각각의 두께를 3회 측정한 후 평균값을 도출하였고, 테스트의 결과는 하기의 표 2와 같이 나타났다.
구 분 샘플 시편1 샘플 시편2 샘플 시편3 샘플 시편4
경사측정 두께 0.75 0.78 0.73 0.71
위사측정 두께 0.67 0.68 0.71 0.65
테스트 결과에 의하면, 아래의 표 3에 기재된 바와 같이 모든 샘플 시편의 위사 방향의 첨예성이 경사 방향의 첨예성보다 높게 나타났으며, 모든 샘플의 첨예성 정도는 큰 차이를 나타내지 않고 잉크 번짐율은 약 120% 정도로 비슷하게 나타났으나 수치상으로 봤을 때 샘플 시편4의 첨예성이 가장 우수하다.
경사 샘플 시편1 샘플 시편2 샘플 시편3 샘플 시편4

0.3mm
프린팅
Figure 112016050913896-pat00001
Figure 112016050913896-pat00002
Figure 112016050913896-pat00003
Figure 112016050913896-pat00004
위사 샘플 시편1 샘플 시편2 샘플 시편3 샘플 시편4

0.3mm
프린팅
Figure 112016050913896-pat00005
Figure 112016050913896-pat00006
Figure 112016050913896-pat00007
Figure 112016050913896-pat00008
따라서, 발색도와 함께 첨예성이 우수하게 나타난 샘플 시편4의 전처리에 이용된 유리전이온도(Tg) 30℃의 아크릴계 수지를 기반으로 하는 전처리 조성물(INC-04)을 1차 전처리용 조성물의 기반 물질로 선택함이 바람직하다.
아크릴계 수지 기반의 1차 전처리용 조성물에는 아크릴계 수지로는 만족시킬 수 없는 마찰견뢰도 및 일광견뢰도와 방염성의 향상을 위한 원료물질이 포함되는데, 위 원료물질은 마찰견뢰도의 향상을 위한 실리카, 내광성을 향상시켜 일광(자외, 가시광선) 노출로 인한 열화 혹은 변색·퇴색을 방지하여 주기 위한 내광증진제, 방염성 향상을 위한 난연제이다.
마찰견뢰도와 일광견뢰도의 향상을 위한 최적의 원료물질을 발굴하기 위해 표 4에 기재된 바와 같은 배합조건으로 알루미나 또는 실리카와 내광증진제를 혼입한 1차 전처리용 조성물을 제조하였다.
구 분 1차 전처리 조성물 성분 입자
크기		 제조회사 비고
원료 투입량
A1 - - - - - 비교군
A2 HP-10 0.5 kg 알루미나 10nm SASOL
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A3 HP-18 0.5 kg 알루미나 18nm SASOL
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A4 MSK C-20 0.5 kg 실리카 9㎛ GRACE
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A5 SIL-516 0.5 kg 실리카 3㎛ 중국
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A1 조성물은 비교군으로 전술한 유리전이온도(Tg) 30℃의 아크릴계 수지 기반의 전처리 조성물(INC-04) 10~30 중량(kg)에 대하여 이온수 40~80 중량(kg)을 혼합한 후 고르게 교빈하여 조성한 것이고, A2 조성물 내지 A5 조성물은 상기와 같이 이온수를 혼합하여 조성한 전처리 조성물(INC-04)에 표 4에 기재된 원료물질을 표 4 기재의 각 중량비율로 혼합한 후 고르게 교반하여 조성한 것이다.
발색도가 가장 우수하게 발휘되는 1차 전처리용 조성물의 원료물질을 발굴하기 위해 픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 A1 내지 A5의 전처리 조성물을 메타계 아라미드 섬유 시편을 2bar의 압력조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 샘플 시편 A1 내지 A5를 구하였다.
A1 내지 A5의 전처리 조성물에 의해 전처리가 이루어진 각 샘플 시편의 발색도를 테스트하기 위해 Cyan, Magenta, Yellow, Black 4종류 색상의 잉크를 이용하여 전사지에 720×720 dpi 해상도로 이미지를 출력한 후 전사기를 이용해 200℃, 630rpm 조건으로 각 샘플 시편에 전사 프린팅을 진행하여 발색을 마쳤으며, 발색이 이루어진 각 샘플 시편에 대해 CCM(Computer Color Matching system)을 통한 표면 반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의거하여 K/S values로 표현하여 비교한 결과는 하기의 표 5와 같이 나타났다.
구 분 C(620nm) K(490nm) M(520nm) Y(440nm)
A1 4.532330354 7.117520491 6.441592693 5.43277057
A2 4.282881737 8.362104416 5.612667561 3.767750144
A3 4.097721338 8.030908108 5.595654488 4.051853061
A4 4.384251595 6.850682259 6.880634546 5.416934252
A5 3.661496043 3.94195354 6.194619179 2.205041409
첨예성 테스트 결과에 의하면, 원료물질을 첨가하지 않은 샘플 시편 A1의 발색도가 가장 높게 나타났으며, 원료물질을 첨가한 나머지 샘플 시편 중에서 Cyan, Magenta, Yellow 색상에 대해서는 샘플 시편 A4의 발색도가 가장 높게 나타났고, Black 색상에서는 샘플 시편 A2의 발색도가 가장 높게 나타났으며, 발색도의 평균값에서는 샘플 시편 A4가 가장 높았다.
한편, 잉크 번짐성을 통해 샘플 시편 A1 내지 A5에 대한 첨예성 테스트를 진행하였으며, 첨예성 테스트는 각 샘플 시편에 0.3 mm 두께의 선 이미지(각 40%의 C, M, Y, K 혼합색)를 프린팅하고 공구현미경(Mitsutoyo, TM510)과 자동영상분석장치(EZ Capture)를 사용하여 실제 샘플 시편에 0.3 mm 선으로 프린팅된 경사와 위사 각각의 두께를 3회 측정한 후 평균값을 도출하였고, 테스트의 결과는 하기의 표 6과 같이 나타났다.
구 분 샘플 A1 샘플 A2 샘플 A3 샘플 A4 샘플 A5
경사측정 두께 0.775 0.765 0.712 0.724 0.848
위사측정 두께 0.715 0.680 0.633 0.617 0.668
첨예성 측정 결과에서도 샘플 시편 A4가 가장 우수한 특성을 나타내었으나 큰 차이를 나타내지는 않았으며, 발색성과 첨예성 특성의 종합적인 수치를 감안하였을 때 전처리 조성물 A4를 이용하여 전처리를 실시한 샘플 시편 A4의 프린팅 특성이 가장 우수하다고 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어 마찰견뢰도와 일광견뢰도의 향상을 위해 1차 전처리용 조성물에 혼입하는 최적의 원료물질은“실리카”와 “내광증진제”로 선택하였으며, 본 발명에서는“실리카”로 GRACE사의 MSK C-20 제품을 사용하고 “내광증진제”로 니카 코리아사의 LP-220 제품을 사용하였다.
방염성 향상을 위한 최적의 조합을 발굴하기 위해 전술한 전처리 조성물 A4에 인계 난연제를 하기의 표 7과 조건으로 배합하여 조성하였다.
구 분 원료명 투입량 성분 제조사 비고
R1 FR-CU 10 kg 인계 난연제 켐피아
R2 FR-CU 20 Kg 인계 난연제 켐피아
픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 표 4 기재의 투입량으로 인계 난연제를 혼입한 R1 및 R2의 전처리 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 2bar의 압력 조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 샘플 시편 R1 및 R2를 구하였으며, 비교군으로 전처리를 하지 않은 노멕스 원단(R3)을 준비한 후 수직 연소 시험기를 이용하여 방염성 테스트를 진행하였다.
방염성 테스트는 KS K 0585:2014 기준에 의해서 잔염, 잔진 시간과 탄화거리를 3회 측정 후 그 평균값으로 전처리 조성물에 따른 난연성 성능을 구별하였으며, 준비된 시편을 수직 연소 시험기의 시편 파지대에 부착하여 불꽃과 시편이 닿지 않도록 불꽃강도와 거리를 조절한 상태로 12초간 불꽃을 가한 후에 불꽃을 제거하고 잔염시간 및 잔진 시간을 측정한 결과에 의하면, 샘플 시편 R1 및 R2와 비교군(R3-노멕스 원단) 모두가 경사 방향과 위사 방향의 잔연 및 잔진 시간은 0초로 난연성을 확보하였다.
탄화된 시편을 길이 방향으로 접어 탄화점을 잇는 선을 따라 손으로 주름을 잡아 늘인 후 탄화되어 강도가 변화된 부분의 길이를 측정하였으며, 측정결과는 하기의 표 8과 같이 나타났다.
구 분 샘플 시편 R1 샘플 시편 R2 R3(노멕스 원단)
경사 위사 경사 위사 경사 위사
1회 5.5 7.3 4.8 4.6 3.1 3.7
2회 4.6 6 6.6 7.3 2.5 3.1
3회 5.0 4.5 7.0 7.5 3.0
평균 5.03 5.9 6.1 6.47 2.8 3.27
탄화되어 변형된 길이는 R3, R1, R2 순으로 짧았으며, 샘플 시편 R1과 R2의 잔염시간과 탄화길이 특성이 향상되었으나 샘플 시편 R1의 난연성이 샘플 시편 R2보다 우수하다.
본 발명에서는 1차 전처리용 조성물에 혼입되는 인계 난연제로 켐피아사의 FR-CU 제품을 사용하였다.
결과적으로, 본 발명에 따른 1차 전처리용 조성물은 아크릴계 수지 10 ~ 30 중량(kg)에 대하여 실리카 0.5 중량(kg), 내광증진제 5 중량(kg), 인계 난연제 10 중량(kg), 이온수 40 ~ 80 중량(kg)을 혼합하여 조성하였을 때 발색도와 마찰견뢰도 및 일광견뢰도, 방염성 등을 우수하게 유지할 수 있다.
그리고, 상기 1차 전처리용 조성물의 기반이 되는 아크릴계 수지 용액은 유리전이온도(Tg)의 변화에 따른 기능상의 편차가 크지 않기 때문에 환경이나 형편에 따라 취사선택할 수 있다할 것이나 수치상 시험 데이터에 의하면 유리전이온도(Tg)가 30℃인 아크릴 수지를 사용하였을 때 프린팅된 이미지에 대한 최적의 발색도를 나타내었으므로 1차 전처리용 조성물의 기반이 되는 아크릴계 수지는 유리전이온도(Tg)가 30℃인 것으로 선택함이 바람직하다.
본 발명에 따른 1차 전처리 공정은 메타계 아라미드 섬유에 이상에서와 같이 조성된 아크릴계 수지 기반의 1차 전처리용 조성물을 도포하고 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩(padding) 가공함으로써 메타계 아라미드 섬유에 아크릴계 수지 기반의 1차 전처리용 조성물을 함침시켜 주는 과정으로 이루어진다.
< 1차 건조 공정 >
본 공정은 1차 전처리용 조성물의 대한 열고정 및 건조를 위한 공정으로서, 전술한 공정에서 구해진 1차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 건조 가공함으로써 1차 전처리용 조성물에 대한 열고정(고착) 및 건조가 이루어지도록 한다.
< 2차 전처리 공정 >
본 공정은 아크릴계 기반의 1차 전처리용 조성물 도포로 인한 메타계 아라미드 섬유의 강직도를 완화시켜 주기 위한 2차 전처리 공정으로, 1차 전처리용 조성물이 함침된 메타계 아라미드 섬유에 실리콘계 수지를 기반으로 하는 2차 전처리용 조성물을 함침시켜 강직된 메타계 아라미드 섬유에 유연성을 부여해주기 위한 것이다.
픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 실리콘계 수지를 기반으로 하는 2차 전처리용 조성물을 4종의 메타계 아라미드 섬유 시편(이전 공정을 통해 INC-01 내지 04의 전처리 조성물의 함침이 이루어진 것)에 2bar의 압력 조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 2층의 전처리 조성물층이 조성된 샘플 시편5, 6, 7, 8을 구하였다.
2차 전처리가 이루어진 각 샘플 시편의 발색도를 테스트하기 위해 Cyan, Magenta, Yellow, Black 4종류 색상의 잉크를 이용하여 전사지에 720×720 dpi 해상도로 이미지를 출력한 후 전사기를 이용해 200℃, 630rpm 조건으로 각 샘플 시편에 전사 프린팅을 진행하여 발색을 마쳤으며, 발색이 이루어진 각 샘플 시편에 대해 CCM(Computer Color Matching system)을 통한 표면 반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의거하여 K/S values로 표현하여 비교한 결과는 하기의 표 9와 같이 나타났다.
구 분 C (660nm) M (520nm) Y (450nm) K (600nm)
Sample 5 6.7083 6.9082 6.0278 7.7139
Sample 6 6.8677 6.7878 6.2321 7.7516
Sample 7 7.1648 7.0903 6.3794 8.5664
Sample 8 7.0530 7.3647 6.1667 8.7684
표 9를 통해 확인할 수 있듯이 샘플 시편7과 샘플 시편8의 발색도가 전반적으로 우수하였으며, Cyan 및 Yellow 색상의 경우 샘플 시편7에서 발색도가 우수하게 나타났고, Magenta 및 Black 색상은 샘플 시편8에서 발색도가 우수하게 나타났는데, 이는 전사 프린팅이 이루어진 각 샘플 시편을 촬영한 사진(도 3 참조)을 통한 육안식별에서도 확인할 수 있다.
한편, 2차 전처리용 조성물의 기능은 프린팅된 이미지에 대한 높은 발색성과 함께 높은 첨예성(선명도)을 발휘하는 것이 요구되므로 잉크 번짐성을 통해 첨예성 테스트를 진행하였으며, 첨예성 테스트는 각 샘플 시편에 0.3 mm 두께의 선 이미지(각 40%의 C, M, Y, K 혼합색)를 프린팅하고 공구현미경(Mitsutoyo, TM510)과 자동영상분석장치(EZ Capture)를 사용하여 실제 샘플 시편에 0.3 mm 선으로 프린팅된 경사와 위사 각각의 두께를 3회 측정한 후 평균값을 도출하였고, 테스트의 결과는 하기의 표 10과 같이 나타났다.
구 분 샘플 시편5 샘플 시편6 샘플 시편7 샘플 시편8
경사측정 두께 0.70 0.72 0.79 0.76
위사측정 두께 0.69 0.70 0.73 0.73
첨예성 테스트 결과에 의하면, 하기의 표 11에 기재된 바와 같이 모든 샘플 시편의 위사 방향의 첨예성이 경사 방향의 첨예성보다 높게 나타났으며, 모든 샘플의 첨예성 정도는 큰 차이를 나타내지 않았고 잉크 번짐율은 약 120% 정도로 비슷하게 나타났다.
경사 샘플 시편 5 샘플 시편 6 샘플 시편 7 샘플 시편 8

0.3mm
프린팅
Figure 112016050913896-pat00009
Figure 112016050913896-pat00010
Figure 112016050913896-pat00011
Figure 112016050913896-pat00012
위사 Sample 5 Sample 6 Sample 7 Sample 8

0.3mm
프린팅
Figure 112016050913896-pat00013
Figure 112016050913896-pat00014
Figure 112016050913896-pat00015
Figure 112016050913896-pat00016
실리콘계 수지 기반의 2차 전처리용 조성물에는 프린팅되는 이미지의 마찰견뢰도 및 일광견뢰도와 섬유의 방염성의 향상을 위한 원료물질이 포함되는데, 위 원료물질은 마찰견뢰도의 향상을 위한 실리카, 내광성을 향상시켜 일광(자외, 가시광선) 노출로 인한 열화 혹은 변색·퇴색을 방지하여 주기 위한 내광증진제, 방염성 향상을 위한 난연제이다.
마찰견뢰도 및 일광견뢰도의 향상을 위한 최적의 원료물질을 발굴하기 위해 표 12에 기재된 바와 같은 배합조건으로 알루미나 또는 실리카와 내광증진제를 혼입한 2차 전처리용 조성물을 제조하였다.
구분 2차 전처리 조성물 성분 입자
크기		 제조사 비고
원료 투입량
A1 - - - - - 비교군
A2 HP-10 0.5 kg 알루미나 10nm SASOL
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A3 HP-18 0.5 kg 알루미나 18nm SASOL
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A4 MSK C-20 0.5 kg 실리카 9㎛ GRACE
LP-220 5 kg 내광증진제 니카 코리아
A5 SIL-516 0.5 kg 실리카 3㎛ 중국
LP-220 5 gk 내광증진제 니카 코리아
A1 조성물은 비교군으로 실리콘 10~30 중량(kg)에 대하여 이온수 40 ~ 80 중량(kg)을 혼합한 후 고르게 교반하여 조성한 실리콘계 수지 기반의 전처리 조성물만으로 이루어진 것이고, A2 조성물 내지 A5 조성물은 상기와 같이 이온수가 혼합된 실리콘 수지 기반의 전처리 조성물에 표 12에 기재된 원료물질을 표 12 기재의 각 중량비율로 혼입한 후 고르게 교반하여 조성한 것이다.
발색도가 가장 우수하게 발휘되는 2차 전처리용 조성물의 원료물질을 발굴하기 위해 픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 표 12 기재의 조성비로 이루어진 A1 내지 A5의 2차 전처리 조성물을 도포한 메타계 아라미드 섬유 시편(이전 공정을 통해 1차 전처리용 조성물이 함침된 것)을 2bar의 압력 조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 샘플 시편 A1 내지 A5를 구하였다.
A1 내지 A5의 전처리 조성물에 의해 전처리가 이루어진 각 샘플 시편의 발색도를 테스트하기 위해 Cyan, Magenta, Yellow, Black 4종류 색상의 잉크를 이용하여 전사지에 720×720 dpi 해상도로 이미지를 출력한 후 전사기를 이용해 200℃, 630rpm 조건으로 각 샘플 시편에 전사 프린팅을 진행하여 발색을 마쳤으며, 발색이 이루어진 각 샘플 시편에 대해 CCM(Computer Color Matching system)을 통한 표면 반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의거하여 K/S values로 표현하여 비교한 결과는 하기의 표 13과 같이 나타났다.
구 분 C(620nm) B(490nm) M(520nm) Y(440nm)
A1 4.532330354 7.117520491 6.441592693 5.43277057
A2 4.282881737 8.362104416 5.612667561 3.767750144
A3 4.097721338 8.030908108 5.595654488 4.051853061
A4 4.384251595 6.850682259 6.880634546 5.416934252
A5 3.661496043 3.94195354 6.194619179 2.205041409
테스트 결과에 의하면, 원료물질을 첨가하지 않은 샘플 시편 A1의 발색도가 가장 높게 나타났으며, 원료물질을 첨가한 나머지 샘플 시편 중에서 Cyan, Magenta, Yellow 색상에 대해서는 샘플 시편 A4의 발색도가 가장 높게 나타났고, Black 색상에서는 샘플 시편 A2의 발색도가 가장 높게 나타났으며, 발색도의 평균값에서는 샘플 시편 A4가 가장 높았다.
한편, 잉크 번짐성을 통해 샘플 시편 A1 내지 A5에 대한 첨예성 테스트를 진행하였으며, 첨예성 테스트는 각 샘플 시편에 0.3 mm 두께의 선 이미지(각 40%의 C, M, Y, K 혼합색)를 프린팅하고 공구현미경(Mitsutoyo, TM510)과 자동영상분석장치(EZ Capture)를 사용하여 실제 샘플 시편에 0.3 mm 선으로 프린팅된 경사와 위사 각각의 두께를 3회 측정한 후 평균값을 도출하였고, 테스트의 결과는 하기의 표 14와 같이 나타났다.
구 분 샘플 A1 샘플 A2 샘플 A3 샘플 A4 샘플 A5
경사측정 두께 0.775 0.765 0.712 0.724 0.848
위사측정 두께 0.715 0.680 0.633 0.617 0.668
첨예성 측정 결과에서도 샘플 시편 A4가 가장 우수한 특성을 나타내었으나 큰 차이를 나타내지는 않았다.
방염성 향상을 위한 최적의 조합을 발굴하기 위해 전술한 2차 전처리 조성물 A4에 인계 난연제를 하기의 표 15와 조건으로 배합하여 조성하였다.
구 분 원료 투입량 성분 제조사 비고
R1 FR-CU 10 kg 인계 난연제 켐피아
R2 FR-CU 20 kg 인계 난연제 켐피아
픽업(pick-up)율을 70 ~ 80%로 맞춘 패딩 망글(padding mangle - Mathis, 2-roll padder, HVF Type)을 이용하여 표 15 기재의 투입량으로 인계 난연제를 혼입한 R1 및 R2의 전처리 조성물을 도포한 메타계 아라미드 섬유 시편을 2bar의 압력 조건으로 패딩하고, 텐터(Tenter)기를 이용하여 130℃의 온도조건에서 1분 30초간 건조하는 과정을 통해 샘플 시편 R1 및 R2를 구하였으며, 비교군으로 전처리를 하지 않은 노멕스 원단(R3)을 준비한 후 수직 연소 시험기를 이용하여 방염성 테스트를 진행하였다.
방염테스트는 KS K 0585:2014 기준에 의해서 잔염, 잔진 시간과 탄화거리를 3회 측정 후 그 평균값으로 전처리 조성물에 따른 난연성 성능을 구별하였으며, 준비된 시편을 수직 연소 시험기의 시편 파지대에 부착하여 불꽃과 시편이 닿지 않도록 불꽃강도와 거리를 조절한 상태로 12초간 불꽃을 가한 후에 불꽃을 제거하고 잔염시간 및 잔진 시간을 측정한 결과에 의하면, 샘플 시편 R1 및 R2와 비교군(R3-노멕스 원단) 모두가 경사 방향과 위사 방향의 잔연 및 잔진 시간은 0초로 난연성을 확보하였다.
탄화된 시편을 길이 방향으로 접어 탄화점을 잇는 선을 따라 손으로 주름을 잡아 늘인 후 탄화되어 강도가 변화된 부분의 길이를 측정하였으며, 측정결과는 하기의 표 8과 같이 나타났다.
구 분 샘플 시편 R1 샘플 시편 R2 R3(노멕스 원단)
경사 위사 경사 위사 경사 위사
1회 5.5 7.3 4.8 4.6 3.1 3.7
2회 4.6 6 6.6 7.3 2.5 3.1
3회 5.0 4.5 7.0 7.5 3.0
평균 5.03 5.9 6.1 6.47 2.8 3.27
탄화되어 변형된 길이는 R3, R1, R2 순으로 짧았으며, 샘플 시편 R1과 R2의 잔염시간과 탄화길이 특성이 향상되었으나 샘플 시편 R1의 난연성이 샘플 시편 R2보다 우수하다.
본 발명에서는 1차 전처리용 조성물에 혼입되는 인계 난연제로 켐피아사의 FR-CU 제품을 사용하였다.
결과적으로, 본 발명에 따른 2차 전처리용 조성물은 실리콘계 수지 10 ~ 30 중량(Kg)에 대하여 실리카 0.5 중량(kg), 내광증진제 5 중량(kg), 인계 난연제 10 중량(kg), 이온수 40 ~ 80 중량(kg)을 혼합하여 조성하였을 때 프린팅된 이미지에 대한 최적의 발색도가 보장되고 마찰견뢰도 및 일광견뢰도와 방염성 등을 우수하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 2차 전처리 공정은 메타계 아라미드 섬유에 이상에서와 같이 조성된 실리콘계 수지 기반의 1차 전처리용 조성물을 도포하고 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩(padding) 가공함으로써 1차 전처리용 조성물이 함침된 메타계 아라미드 섬유에 실리콘계 수지 기반의 2차 전처리용 조성물을 함침시켜 주는 과정으로 이루어진다.
< 2차 건조 공정 >
본 공정은 메타계 아라미드 섬유에 대한 전처리 가공의 마무리 공정으로서, 전술한 단계를 통해 2차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 텐터 가공하여 2차 전처리용 조성물에 대한 열고정 및 건조가 이루어지도록 한다.
이상과 같은 각각의 공정 단계를 통해 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅을 위한 전처리 가공을 완료할 수 있었는데, 본 발명은 전용화 장비를 사용하지 않으면서 저렴한 비용으로 메타계 아라미드 섬유의 염색성(인쇄능) 향상을 위한 전처리 가공이 가능하도록 한 것이다.
본 발명은 아크릴계 수지를 기반으로 한 조성물을 이용하는 1차 전처리 가공과 실리콘계 수지를 기반으로 한 조성물을 이용하는 2차 전처리 가공을 통해 우수한 발색도의 이미지를 프린팅할 수 있게끔 메타계 아라미드 섬유를 전처리 가공할 수 있도록 한 것으로, 발색도를 만족시키면서 전처리가 이루어진 메타계 아라미드 섬유의 유연성을 확보하여 줄 수 있는 것이다.
본 발명은 염색성(인쇄능)이 향상된 메타계 아라미드 섬유의 대량 생산이나 소량 생산 모두에 적합할 뿐만 아니라 다양한 색상의 표현을 가능하게 할 수 있으며, 전처리 가공이 이루어진 메타계 아라미드 섬유에 대해 인쇄된 이미지의 발색도 및 첨예도가 우수할 뿐만 아니라 인쇄된 이미지에 대한 일광견뢰도, 마찰견뢰도 등을 우수하게 유지시킬 수 있는 것이다.

Claims (6)

  1. 메타계 아라미드 섬유에, 유리전이온도(Tg)가 30℃인 아크릴계 수지 10 ~ 30 중량(kg)에 대하여 실리카 0.5 중량(kg), 내광증진제 5 중량(kg), 인계 난연제 10 중량(kg), 이온수 40 ~ 80 중량(kg)을 혼합하여 조성한 1차 전처리용 조성물을 도포하고, 1차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩 가공하여 메타계 아라미드 섬유에 아크릴계 수지 기반의 1차 전처리용 조성물을 함침시키는 1차 전처리 단계,
    1차 전처리용 조성물이 함침된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 1차 건조하여 1차 전처리용 조성물에 대한 열고정 및 건조가 이루어지도록 하는 1차 건조 단계,
    1차 전처리용 조성물이 함침된 메타계 아라미드 섬유에, 실리콘계 수지 10 ~ 30 중량(Kg)에 대하여 실리카 0.5 중량(kg), 내광증진제 5 중량(kg), 인계 난연제 10 중량(kg), 이온수 40 ~ 80 중량(kg)을 혼합하여 조성한 2차 전처리용 조성물을 도포하고, 2차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 1.5 ~ 4.5kgf/㎠의 압력과 10 ~ 60m/min의 속도로 패딩 가공하여 메타계 아라미드 섬유에 실리콘계 수지 기반의 2차 전처리용 조성물을 함침시키는 2차 전처리 단계,
    2차 전처리용 조성물이 도포된 메타계 아라미드 섬유를 130 ~ 200℃의 온도로 2차 건조하여 2차 전처리용 조성물에 대한 열고정 및 건조가 이루어지도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메타계 아라미드 섬유의 디지털 텍스타일 프린팅(DTP)을 위한 전처리 가공방법.
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