키토산처리(산성염, 알칼리 중화처리) 조건의 변화가 면, 나일론, PET 염색에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

As a term of environmental affinity is raised in 21C, public interest that environmental problems have a close relation with our live, has increased. In comprehensive view of previous studies, it is found that the pretreatment of fabrics using a natural high molecular compound called chitosan contributes to remarkable improvement of dying quality with fabrics. This study aims to produce dark color at natural dyeing and to minimize the use of mordant and to improve durability to washing at applications of acid dyestuff of chitosan. Direct dyeing was made after pretreatment of cotton, PET and nylon (alternative 1), or dyeing was made after destroying acid dyestuff of chitosan that was applied on the surface of textile by alkali treatment (alternative 2). Al, Sn and Cu, etc were used as a mordant. The study investigated colors, color difference, air permeability, colorfastness to washing, colorfastness to abrasion, colorfastness to light and colorfastness to perspiration, etc to examine difference between alternative 1 and alternative 2 of the cloth dyed with cochineal. The findings were as follows: 1. At cotton cloth treated with no mordant, △E greatly rose to be 56.44 and to increase dye uptake remarkably by chitosan: In other words, chitosan was thought to function as an adsorbent of cochineal dye. 2. At no mordant of cotton cloth, △E of alternative 1 and alternative 2 indicated 56.44 and 56.04 respectively: Being different from expectation, chitosan's alkali treatment had no influence upon color changes. When acid dyestuff of chitosan of cotton cloth was adhered to cotton cloth, dyeing of yellow color series pigment was promoted (alternative 1). On the other hand, at no treatment of chitosan having no relation with actions of acid ingredient of chitosan and neutralization after chitosan treatment, dyeing of blue color series pigment was promoted. Sn dyeing of cotton cloth made even dyeing of pigment of both red color and yellow color: However, Cu dyeing produced red color less than Sn dyeing did, and it made blue color series strongly. 3. Most of both Al dyeing and Cu dyeing of PET could not be made without pretreatment of chitosan. On the other hand, pretreatment of chitosan increased △E remarkably to reach 34 and 45 respectively. This is because cochineal dyestuff was adhered to the coated chitosan element. 4. Nylon could be easily dyed even without mordanting or chitosan pretreatment. This is because cochineal dyestuff could be dyed directly to nylon. The -NH2 radical of nylon molecular structure was much likely to contribute to dyeing greatly. 5. Non-treatment of chitosan of both cotton cloth and PET lowered both a* and b* evenly after washing, while chitosan treatment did not lower a* greatly and lowered b* remarkably enough to keep minus value. After washing, nylon showed almost no change of color. After washing, there was no remarkable difference of color change between alternative 1 and alternative 2. 6. There was no great difference of colorfastness to washing between alternative 1 and alternative 2. Generally speaking, cotton cloth maintained 3rd grade or above and PET and nylon did 4th to 5th grade, so that chitosan treatment could increase colorfastness to washing very well. 7. Dry colorfastness to abrasion of cotton, PET and nylon, etc was better than wet colorfastness to abrasion was. PET and nylon of synthetic fiber had almost no difference of grades between both colorfastness to abrasions to keep the 4th to 5th grade: The cotton cloth had the 3rd to the 5th grade of dry colorfastness to abrasion and the 1st to the 3rd grade of wet colorfastness to abrasion to be low. 8. The chitosan treatment did not improve colorfastness to light. The cotton cloth with either no dyeing or no treatment of chitosan maintained the 2nd grade, while remaining cloth did the 1st grade to make change of colors in 5 hours. 9. Both the chitosan treatment and the alkali neutralization had no great influence upon the increase of colorfastness to perspiration. The colorfastness of the acid perspiration of cotton maintained the 2nd to the 5th grade, that of PET did the 3rd to the 5th grade, and that of nylon did the 2nd to the 5th grade. After chitosan treatment, the colorfastness maintained the 2nd to the 5th grade to be relatively high, which was thought to be desirable. The colorfastness to alkali perspiration was a little lower than the colorfastness to acid perspiration. The colorfastness of cotton was the 1st to the 5th grade, that of PET was the 3rd to 5th grade and that of nylon was the 2nd to the 5th grade.;자연으로의 회귀를 추구하는 사회적 경향으로 환경친화적인 염색, 가공법에 관심이 높아지고 있다. 천연염색은 특유의 은은한 색감의 발현과 더불어 적절한 매염제의 선택에 의해서 다양한 명도와 색상변화가 가능하다. 그러나 천연 염재의 확보와 정제, 보관에 제약이 따르게 되며 염색물의 균제도와 견뢰도에서 해결되어야 할 결점들이 지적되고 있다. 키토산으로 사전 처리한 직물에 염색을 하면 천연 염료의 염착성능이 개선되고 천연연색이 어려운 합성섬유에서도 염착성능이 향상되는 것으로 보고 되어 왔다. 그러나 키토산은 산성염 형태이므로 물에 접촉되면 탈리의 가능성이 높아 염색이나 세탁 시 내구성이 떨어지게 된다. 키토산 도포 후에 알칼리 중화처리를 도입하게 되면 키토산의 산성염이 다시 키토산으로 재생되어 중성의 물에 대하여 불용성을 갖게 되므로 세탁 내구성과 견뢰도의 향상을 증진시킬 수 있다고 기대한다. 본 연구에서는 천연염색에서 짙은 색상을 발현시키고 매염제의 사용량을 최소화 시키며 키토산의 산성염이 도포되었을 때의 세탁내구성 개선을 목적으로 하였다. 면, PET, nylon을 키토산으로 사전 처리한 다음 직접 염색에 사용하거나(방법1) 알칼리처리를 통하여 직물 표면에 도포되어 있는 키토산의 산성염 상태를 파괴한 후 염색에 사용하였다(방법2). 매염제로서는 Al, Sn, Cu가 사용되었다. 코치닐로 염색된 염색포에 대하여 방법1과 방법2간의 차이점을 관찰하기 위하여 색상, 색차, 공기투과도, 세탁견뢰도, 마찰견뢰도, 일광견뢰도, 땀견뢰도 변화를 서로 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 무매염, 키토산 처리 면포에서는 △E값이 56.44로 크게 상승되고 있어 키토산의 작용으로 염착량이 현저히 증가되는데 이는 키토산이 코치닐 염료의 흡착제로 작용하고 있는 것으로 해석될 수 있다. 2. 면포에서 무매염의 경우 방법 1과 방법 2에서 △E값이 각각 56.44와 56.04로 나타나고 있어서 예상했던 바와 달리 키토산의 알칼리 처리가 색상변화에 영향을 미치지 않는다.키토산의 산성염이 면포 위에 부착되어 있는 방법 1의 경우에는 노랑색상 계열 색소의 염착이 촉진되고 있다. 반면 키토산의 산성성분의 작용과 무관한 키토산 미처리, 키토산 처리 후 중화(방법 2)에서는 푸른색 계열 색소의 염착이 촉진되고 있다. 면포의 Sn 매염에서는 붉은색상과 노랑색상 계열의 색소가 골고루 염착되는 반면 Cu 매염에서는 붉은색상의 발현이 Sn 매염보다 낮으며 푸른색상 계열이 강하게 발현되고 있다. 3. PET에서 Al과 Cu 매염에서는 키토산 사전처리가 이루어지지 않으면 거의 염착이 이루어지지 않는다. 반면 키토산 사전처리가 도입되면 △E값이 각각 34, 45 정도까지 크게 상승되고 있다. 역시 코치닐 염료가 도포된 키토산 성분에 염착되기 때문으로 사료된다. 4. nylon은 매염처리나 키토산 전처리 등이 도입되지 않아도 쉽게 염색된다. 이는 nylon에 코치닐 염료가 직접 염착되는 것을 의미한다. nylon 분자구조 내에 존재하는 -NH2 기가 염료의 염착에 결정적으로 기여할 가능성이 크다. 5. 면포와 PET의 경우 키토산 미처리에서는 세탁 후 a*값과 b*값이 고루 저하되고 있지만 키토산 처리에서는 a*값은 크게 저하되지 않지만 b*값은 음의 값이 유지될 정도로 저하 정도가 크게 나타난다. nylon에서는 세탁 후 색상의 변화가 거의 수반되지 않는다. 세탁 후 색상변화에서도 방법 1과 방법 2간에 현저한 차이는 발견되지 않는다. 6. 세탁견뢰도는 방법 1과 방법 2간에 큰 차이를 보여주지 않고 있다. 대체적으로 볼 때 면포에서는 3등급 이상, PET와 nylon에서는 4～5 등급이 유지되고 있기 때문에 키토산 처리에 의한 세탁견뢰도의 상승효과는 우수한 것으로 평가된다. 7. 마찰견뢰도는 면, PET, nylon 모두에서 건마찰견뢰도가 습마찰견뢰도에 비해 우수하게 나타나고 있다. 합성섬유인 PET, nylon에서는 건마찰견뢰도와 습마찰견뢰도간에 등급의 차이가 거의 없이 4～5 등급이 유지되고 있으나 면포에서는 건마찰견뢰도가 3～5 등급인 반면 습마찰견뢰도는 1～3 등급으로 대부분으로 낮게 나타나고 있다. 방법 1과 방법 2를 서로 비교해 볼 때 방법 2에서 도입된 알칼리 중화의 효과는 나타나지 않고 있다. 8. 전체적으로 키토산 처리에 의해서 일광견뢰도가 개선되지 않고 있다. 면포의 경우 무매염, 키토산 미처리 포에서만 2등급을 나타냈고 나머지 포는 전부 1등급으로서 5시간 만에 색이 모두 변했다. 방법 1과 방법 2간에 큰 차이를 보여주지 않고 있다. 9. 키토산 처리나 키토산 알칼리 중화처리가 땀견뢰도 상승에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 전반적인 경향으로 볼 때 산성 땀견뢰도는 면포의 경우는 견뢰도가 2～5 범위이고 PET에서는 3～5 범위, nylon에서는 2～5 범위로 유지되고 있다. 키토산 처리로 인하여 견뢰도가 2～5 범위로 비교적 높게 유지되고 있다는 사실은 견뢰도 측면에서 볼 때 바람직한 것으로 사료된다. 알칼리 땀견뢰도는 산성 땀견뢰도 보다 조금 낮게 나타나고 있다. 면포의 경우는 견뢰도가 1～5 범위, PET에서는 3～5 범위, nylon에서는 2～5 범위로 유지되고 있다.