KR20030037322A - 용존기체를 제거한 가성소다 수용액에서의 면섬유의 머서화 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 가성소다를 이용하여 면섬유를 머서화함에 있어서 가성소다 수용액의 용존기체(산소, 질소, 이산화탄소 등)를 제거한 후 면섬유를 머서화하여 용존기체성분을 제거하지 않은 통상의 상온머서화 처리섬유에 비해 결정화도를 감소시킴으로서 수분율 증가, 인장강도 증가, 광택도 향상, 염색성향상 등의 효과를 부여하는 머서화처리방법을 제공함에 있다.

Description

용존기체를 제거한 가성소다 수용액에서의 면섬유의 머서화{Mercerization of Cotton fiber in degassed sodium hydroxide solution}

본 발명은 용존기체성분을 제거한 가성소다 수용액에서의 면섬유의 머서화처리에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 면섬유의 머서화처리시 사용되는 가성소다 수용액의 용존기체를 중공사막식 탈기장치를 이용하여 용존산소기준으로 0.3ppm이하로 감소시킨 후 면섬유를 머서화함으로써 면섬유내에 수분과 염료, 가공제 등이 침투할 수 있는 공간인 비결정영역의 양을 용존산소가 6.5ppm정도인 통상의 가성소다 수용액에서 처리한 면섬유보다 감소시켜 수분율 증가, 염색성 증진 등의 효과를 부여하고, 팽윤의 정도를 통상적인 방법에 비해 향상시켜 광택도를 증진시킴은 물론 면섬유의 배향도를 증가시킴으로써 인장강도를 증진시키는 효과를 부여하는 탈기된 가성소다 수용액에서의 면섬유의 머서화처리방법에 관한 것이다.

머서화는 섬유상태 또는 직물상태의 면을 18~30%의 가성소다 수용액에서 장력을 준 상태 또는 무장력상태로 일정시간동안 침지시킴으로써 면섬유의 수분율 증진, 광택도 향상, 염색성 향상 및 인장강도 증진 등의 다양한 효과를 주는 섬유기능성가공공정으로 머서화한 면에 실크와 같은 촉감과 광택을 부여할 수 있다는 점에서 실켓가공이라고 불리기도 하는 가공방법이다. 이 가공법은 티셔츠 등 의류용으로 사용되는 면제품의 대부분에 광범위하게 적용되고 있는 섬유기능성 가공방법이다.

머서화의 원리는 면섬유를 일정한 농도의 알칼리(가성소다, 액체암모니아 등)에 소정시간동안 침지시킨 후 수세하면 면섬유가 팽윤하여 단면의 형태는 리본모양에서 원형으로 변화하고, 측면에 있던 천연꼬임이 없어지게 된다. 또한 면섬유는 섬유들의 배열이 치밀해서 수분이나 염료의 침투가 용이하지 않은 결정영역과 상대적으로 조직이 치밀하지 못해서 수분이나 염료의 침투가 용이한 비결정영역으로 구성되어 있는데 머서화처리를 함으로써 머서화처리전 70%인 결정영역의 양을 감소시키고 상대적으로 비결정영역의 양을 증가시킴으로써 수분이나 염료의 침투를 용이하게 하여 수분율 증진, 염색성 향상, 화학적 반응성 증진 등의 효과가 부여되게 된다. 즉, 면섬유를 알칼리에 침지 후 수세하면 알칼리가 섬유에 흡착되어 부가화합물을 만들고 이 부가화합물은 매우 불안정하므로 수세에 의하여 알칼리가 유리되고 셀룰로오스가 재생되며, 재생된 셀룰로오스는 화학적으로는 변화가 없으나 결정의 구조가 셀룰로오스Ⅰ에서 셀룰로오스Ⅱ로 변화하게 된다.

Cell-OH + NaOH → Cell-ONa + H₂O ; 치환반응

→ (Cell-O…O-H)-Na⁺↔ Cell-ONa + H₂O ; 부가반응

→ Cell-OH + NaOH ; 셀룰로오스 재생

한편 머서화처리효과는 사용되는 알칼리의 종류와 농도, 처리온도, 처리시간 등에 따라 서로 다르게 나타나지만 통상적으로 면섬유의 머서화에는 사용약제의 가격면이나 가공설비비의 절감측면에서 가성소다가 주로 사용되고 있다.

또한 가성소다 수용액의 온도에 따라 상온머서화, 저온머서화, 고온머서화의 방법이 사용되고 있으나 고온머서화는 알칼리의 침투는 촉진되나 부분머서화가 진행되며 온도상승을 위하여 과도한 에너지가 소비됨은 물론 인체에 유해한 가성소다 증기가 발생됨으로써 작업자의 건강에 해가 될 수 있는 단점이 있고, 저온 머서화의 경우는 가성소다 수용액의 온도를 낮추기 위해서는 저온냉동설비가 추가로 필요하여 설비비가 많이 드는 단점이 있어 공업적으로는 상온에서의 머서화처리가 주로 행해지고 있다. 그러나 이러한 통상적인 상온에서의 머서화는 점도나 표면장력이 높고, 면섬유를 가성소다 수용액에 침지시킴과 동시에 섬유의 외부가 급속히 팽윤되어 가성소다가 섬유내부까지 깊숙히 침투하지 못하여 이른바 'Jamming Effect'가 발생함으로써 섬유의 표면만이 강하게 머서화되어 불균일한 머서화의 원인이 되기도 한다.

한편 식품공업에서는 용존기체성분을 제거한 탈기수를 쌀, 콩 등의 침지수로 사용함으로써 침지시간을 20~30% 정도 단축시키면서도 균일한 침투효과를 얻고 있다. 이는 침지수로 사용되는 탈기수내의 기체분압이 침지되는 원료인 쌀이나 콩 내부의 기체분압보다 낮아 침지와 동시에 원료내의 기체성분이 침지수로 빠져나오고, 그 공간으로 물분자가 침투함으로써 침지시간을 단축시키고 균일한 침투를 얻을 수있는 원리이다. 면섬유의 머서화에 있어서도 같은 원리가 적용되는 것으로 용존기체성분을 제거한 가성소다 수용액의 침투력이 용존기체를 제거하지 않은 통상의 가성소다 수용액의 침투력보다 우수하므로 섬유내부까지 균일하게 침투하게 되어 머서화효과를 증진시킴으로써 섬유내부의 결정영역의 양을 감소시키고, 상대적으로 비결정영역의 양을 증가시킴으로써 수분율 증진, 염색성 증진 등의 효과를 부여하게 되고, 또한 섬유내부로의 균일한 침투가 일어남으로써 팽윤의 정도를 증가시켜 광택도 증진은 물론 섬유의 배향도를 향상시켜 인장강도의 증진 효과를 부여할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 상온에서의 면섬유의 머서화에 있어서 가성소다 수용액의 용존기체성분을 0.3ppm이하로 제거하여 가성소다 수용액의 침투력을 증진시킴으로써 섬유내의 비결정영역의 양을 증가시켜 수분율 증진, 염색성 향상의 효과를 부여하고, 팽윤정도를 증가시켜 배향도를 증가시킴으로써 인장강도 증진, 광택도 향상의 효과를 부여할 수 있는 머서화처리방법을 제공함에 있다.

본 발명은 통상적인 상온에서의 가성소다 수용액에 의한 면섬유의 머서화에 있어서 표면과 내부의 팽윤정도의 차이로 인해 발생하는 'jamming effect'에 의한 머서화의 불균일성을 보완하기 위하여 기타의 약품을 투입하지 않고도 가성소다 수용액의 섬유로의 침투력을 극대화시킴으로써 머서화 효율을 증대시키기 위하여 고안되었다. 또한 본 발명에 있어서 면섬유의 머서화처리는 가성소다 수용액내의 용존기체성분을 제거한다는 점을 제외하고는 통상적인 머서화처리방법과 동일하다. 즉, 섬유상태 또는 직물상태의 면을 18~30% 가성소다 수용액에서 소정시간동안 침지시킨 후 수세하고, 1% 아세트산 용액으로 중화한 후 수세하여 건조하는 통상적인 머서화처리방법과 동일하다.

가성소다 수용액내에는 대기의 성분인 산소, 질소, 이산화탄소 등의 기체성분이 녹아 있는데 본 발명에서의 용존기체 제거정도는 용존산소를 기준으로 0.3ppm이하로 감소시켜 처리함이 바람직하며 용존기체를 제거함에 있어서 기타의 다른 약품을 투입하는 것은 머서화 이후의 공정인 염색 및 후가공공정에 영향을 미칠 수 있으므로 진공탑을 이용하거나 중공사막식 탈기장치를 사용함이 바람직하다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1.

농도가 각각 100g/l, 200g/l인 가성소다 수용액을 제조하여 용존기체성분을 제거하지 않은 상태(이때 가성소다 수용액의 용존산소농도는 6.5ppm이었음)로 상온에서 각각 150, 300, 450, 600초간 침지시키고 냉수로 30분동안 수세한 다음 1% 아세트산 용액에서 중화시킨 후 다시 냉수로 중성이 될 때까지 수세하고 자연건조시켜 머서화처리를 하였다. 다시 같은 농도의 용액을 제조하여 중공사막식 탈기장치를 이용하여 용존산소농도를 0.3ppm이하고 감소시킨 후 연속적으로 탈기하면서 상술한 바와 같은 조건으로 머서화처리를 하였다.

용존기체를 제거한 수용액과 제거하지 않은 수용액에서 처리한 시료들과 미처리시료를 1g정도로 각 시료당 8개씩 채취하여 105℃에서 3시간동안 건조시킨 후 건조무게를 측정하여 기록하고, 동일한 시료를 온도 20℃, 상대습도 65%를 유지시킨 데시케이터내에서 24시간동안 방치한 후 흡습무게를 측정하여 수분율을 측정한 결과 수분율의 양이 '용존기체제거 가성소다 수용액 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 미처리시료'의 순으로 나타났다.

실시예 2.

실시예 1에서 처리한 시료를 각각 2그램씩 2매 채취하여 삼각플라스크에 넣고, 0.25노르말 수산화바륨용액 30밀리리터를 가한 후 즉시 뚜껑을 닫고, 20~25℃의 수조에서 2시간동안 일정한 시간간격으로 흔들어주면서 추출하고, 추출한 용액 10밀리리터를 채취하여 페놀프탈레인을 지시약으로 0.1노르말 염산용액으로 적정하여 바륨활성도를 측정한 결과 바륨활성도의 크기가 '용존기체제거 가성소다 수용액 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 미처리시료'의 순으로 나타났다.

실시예 3.

농도가 200g/l인 가성소다 수용액을 제조하고 처리시간을 공업적으로 많이 처리하는 시간인 30초, 60초로 하여 실시예 1과 같은 방법으로 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액에서 머서화처리한 시료와 용존기체를 제거한 가성소다 수용액에서 머서화처리한 시료를 제조하여 실시예 1과 실시예 2에서 측정한 방법으로 수분율과 바륨활성도를 측정한 결과 수분율과 바륨활성도의 크기가 두 경우 모두에서 '용존기체제거 가성소다 수용액 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 미처리시료'의 순으로 나타났으며 30초로 처리한 경우는 용존기체를 제거한 경우가용존기체를 제거하지 않은 경우보다 8%정도 수분율이 높게 나타났으며, 60초로 처리한 경우는 용존기체를 제거한 경우가 용존기체를 제거하지 않은 경우보다 12%정도 수분율이 높게 나타났다.

실시예 4.

실시예 3에서 제조한 시료를 KS K 0520(직물의 인장강도 측정-1인치 래블스트립법)에 따라 인장강도를 측정한 결과 인장강도의 크기가 '용존기체제거 가성소다 수용액 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 미처리시료'의 순으로 나타났다.

실시예 5.

실시예 3에서 제조한 시료를 X선회절법으로 회절강도를 측정하고, 전체적분강도에 대한 결정의 적분강도의 비율로써 면섬유의 결정화도를 측정한 결과 결정화도의 크기가 '미처리시료 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 용존기체제거 가성소다 수용액'의 순으로 나타났고 이 순서는 30초, 60초에서 각각 처리한 시료에서 동일하게 나타났다.

실시예 6.

실시예 3에서 제조한 시료를 각 1g씩 채취하여 Cibacron Red F-B, Cibacron Blue F-G의 두가지의 반응성염료를 이용하여 염료농도 3% o.w.f., Na₂CO₃, Na₂SO₄의 농도를 각각 20g/l로 하여 염욕을 제조하고, IR염색기로 25℃에서 시작하여 2℃/min로 80℃까지 승온시킨 후 30분간 유지하여 염색한 후 X-Ritespectrophotometer를 이용하여 반사율을 측정하여 kubelka-munk식에 의해 K/S값을 측정한 결과 K/S값의 크기가 '용존기체제거 가성소다 수용액 > 용존기체를 제거하지 않은 가성소다 수용액 > 미처리시료'의 순으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 다른 화학약품을 전혀 투입하지 않고, 단지 가성소다 수용액의 용존기체성분을 중공사막식 탈기장치를 이용하여 용존산소농도가 0.3ppm이하가 될때까지 제거한 후 면섬유를 머서화처리함으로써 가성소다 수용액의 침투력을 극대화시켜 섬유내부로 알칼리가 충분히 침투되게 함으로써 수분, 가공약제 및 염료가 쉽게 침투할 수 있는 섬유내의 비결정영역의 양을 증가시켜 수분율 및 염색성을 증진시킬 수 있었고, 침투력 극대화로 인해 면섬유의 팽윤정도가 증가하여 배향도가 좋아짐으로써 인장강도를 증진시킬 수 있었다.

Claims (1)

1. 면섬유의 머서화에 있어서 가성소다 수용액내의 용존기체성분을 0.3ppm이하로 제거하여 처리함을 특징으로 하는 머서화처리방법.