리오셀 직물의 피브릴레이션 제어에 관한 연구

Abstract

리오셀(lyocell)은 무독성 유기 용매를 사용하여 재생하는 셀룰로오스 섬유로서 밀폐된 공정을 통해 용매를 전부 회수한다. 또한 작업자의 건강을 해치지 않기 때문에 환경 공해가 매우 적은 친환경 섬유로서 부각되고 있다. 또한 리오셀은 레이온에 비하여 습윤 시 강도 저하가 훨씬 적으므로 물세탁이 가능한 실용적인 섬유로 각광받고 있다. 리오셀은 레이온에 비해 결정성(crystallinity)이 높기 때문에 흡습성이 레이온에 비해서 약간 낮다. 반면, 습윤 상태에서 기계 또는 섬유끼리의 마찰에 의한 피브릴의 발생은 레이온에 비해 적은 편이기는 하나, 섬유 표면에 솜털처럼 뭉쳐 있는 피브릴은 리오셀에 하얗게 서리가 내린 듯한 외관을 나타나게 하여 지저분한 느낌을 주며, 소비자의 만족도를 떨어뜨리는 경향이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 일반적으로 NaOH를 사용하여 처리하고 있으나 그 효과가 미미하여 본 연구에서는 2가지 방법, 즉, 효소와 가교제인 ECH(epichlorohydrine)를 이용하여 처리하고자 하였다. 첫째, 효소 처리는 친환경, 인간친화적, 웰빙(well-being)을 선호하는 요즘 트렌드에 맞는 공정이다. 섬유 표면 개질과 데님 워싱에 적용되고 있는 셀룰라제를 사용하였다. 둘째, ECH를 이용한 가교 처리를 통해 피브릴레이션(fibrillation)을 개선하고자 한다. 리오셀이 습식 염색 공정 중 피브릴레이션으로 염색의 선명도가 떨어지고, 외관이 손상되는 단점을 개선하기 위하여, 피브릴을 가교시키는 방법을 채택하였다. 본 연구에서는 염색을 비롯한 여러 가지 습식 가공 공정 중에서 발생하는 피브릴레이션을 NaOH와 효소, ECH 전처리를 통하여, 섬유의 강도를 떨어뜨리지 않는 범위에서 일부 제거하여, 리오셀의 특성을 유지시키고, 유연성도 부여하고자 하였다. NaOH와 효소 처리 후 백도와 K/S 값과 색상에 미치는 효과 및 SEM 촬영을 통하여 피브릴 정도를 살펴보았고, 인장강도를 측정하여 강도 변화를 관찰하였다. 또한, 직물의 태에 관련된 역학적 특성과 가상 봉제 시스템을 사용하여 의복으로 형상화한 시뮬레이션을 제시하여 정련 방법의 변화에 따른 외관의 변화를 살펴본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, NaOH, 효소처리는 중량 감소가 일어나면서 불순물이 제거되고, 섬유가 가볍고, 부드러우면서 유연해졌다. ECH 처리는 알칼리 액상에서 반응하는 가교제이므로, NaOH, 효소처리와 비슷한 중량 감소의 효과를 간접적으로 얻을 수 있었다. NaOH 처리가 가장 감량 효과가 컸으며, 과다한 감량으로 인해서 섬유의 손상을 입어 인장강도가 약해짐을 알 수 있었다. 효소처리 역시 인장강도가 약해지지만 NaOH보다는 덜했으며, ECH 처리는 가교를 형성하여 강직함을 유지하여 인장강도가 많이 떨어지지 않았다. 둘째, 습식 공정에 의한 리오셀의 피브릴레이션의 거동을 살펴본 결과, 바이오 워싱에 주로 사용되는 Cellusoft UL과 데님 워싱에 적용되는 Denimax 992L가 전처리 직후에 가장 깨끗하였으나, 세탁 횟수가 증가할 수록, Cellusoft L과 Denimax 992L가 계속 되는 습식공정에서도 피브릴 발생이 거의 없었다. 하지만, 5회가 넘어가면서 피브릴이 약간씩 발생하는 것을 볼 수 있었다. ECH 처리는 10회의 세탁이 진행되어도 처음과 변화 없는 모습을 나타내었다. 가교처리가 피브릴을 고정시키는 역할을 하여 깨끗한 외관을 유지할 수 있었다. 셋째, 전처리에 의해서 백도가 변화하는 정도를 살펴본 결과, NaOH 처리할 때가 Whiteness 값과 Yellowish 값의 차이가 컸다. 전처리는 염색성에 영향을 미치기 때문에 백도의 변화는 중요하다. 염색 불량 사고를 막기 위해서는 균일한 전처리를 위해서 ECH 처리를 하거나, 황변정도가 적은 효소처리가 적합하다고 사료된다. 넷째, C. I. Blue 19, 1% o.w.f.로 염색했을 때, 600㎚에서 최대흡수파장을 나타내었으며, 정련 과정을 거친 리오셀들이 발색이 잘 되었다. 효소처리 중에서 Denimax 계열과 ECH 처리에서는 ECH 10% o.w.f. 전처리를 거친 리오셀 시료가 가장 bluish한 경향이 뚜렷했다. 피브릴레이션의 제어는 염색성 향상에 기여함을 증명해 주었다. 다섯째, 염색 후 건습마찰, 일광, 세탁 견뢰도 평가 결과, 약간씩 차이가 있었지만, 알칼리 정련, 효소정련, 가교처리를 한 것이 control보다 반 등급에서 한 등급정도 우수함을 알 수 있었다. 세탁견뢰도는 1회, 5회, 10회에 걸쳐 실행하였는데, 정련처리보다는 가교처리가 우수함을 알 수 있었다. 여섯째, 역학적 특성을 살펴본 결과, 인장 특성에서 NaOH 처리와 ECH의 경우가 LT 값이 커서 선형성을 유지하는 성향이 컸다. RT 값은 효소처리와 ECH 처리보다 작아서 치수 안정성은 효소처리보다 좋지 못했다. 신장 변형을 의미하는 EMT와 WT 값은 NaOH<효소처리<ECH 처리 순서로 용이했다. 굽힘 특성은 전처리 방법과는 관계없이 전처리 과정을 거친 시료들은 미처리포보다 유연성과 탄력성이 증가하고 있음을 알 수 있었다. 전단변형 역시 전처리한 시료들은 압축에 대한 회복성이 향상되고 유연해져서 볼륨감 있고, 풍부한 실루엣을 나타내었다. 이러한 역학적 특성을 기초로 가상봉제 이미지를 구축한 결과 경향이 비슷하였다. 역학적 특성에서 가장 우수했던 효소 처리에서의 Cellusoft L와 가교 처리에서의 ECH 10% o.w.f. 처리가 3D 이미지에서도 자연스러운 주름을 형성하면서, 드레이프스성도 좋았고, 위에서 본 모습에서는 원형을 가장 많이 벗어나는 결과를 가져왔다. 마지막으로 요약하면, 황변의 최소화, 봉제, 친환경 공정을 고려한다면 효소처리가 적합하였고, 염색성, 피브릴레이션의 제어와 관리측면을 고려하면 ECH 처리가 리오셀에 적합한 전처리 방법이라고 판단되었다.;Lyocell is a regenerated cellulosic fiber manufactured by an environmentally friendly process. The solvent used is retrieved entirely by the closed spinning process for Lyocell. People are considered the Lyocell as a human being-friendly fiber because it is harmless to the public and environment. Since the fiber has more crystalline regain compared to rayon and cotton, Lyocell shows higher wet-strength than rayon. So it is possible to wash in water, practical Lyocell fiber is in a rising way. Because Lyocell is high crystallinity, moisture regain is a little lower than rayon. Lyocell's tendency to pill or fuzz by rubbing in a wet process but, fibrillation of Lyocell is lower than that of rayon. Fibrillation looks like frost of fiber's appearance and it feels unclean. Therefore, consumer has no satisfaction. To improve its drawback, Lyocell is treated with cellulase and ECH. Enzymes treatment is appropriate process for well-being trend. Cellulase is using in the textile industries ; bio-finishing of cotton, denim-washing and in this study, it is uesd to remove fibrils. The fibrills of Lyocell generated during wet process such as scouring and dyeing deteriorates the dyeing color depth and the appearance of fabric. The other way, to improve those problems, we chose crosslink fibril. This study contrived to maintain properties of Lyocell and give flexibility by removing some fibrillation generated in the process of dyeing and several wet processing as long as it does not drop strength of fabric using treatment of NaOH, enzyme, and ECH. After treating Lyocell with NaOH and enzyme, this researcher examined its effects on whiteness and K/S values and the degree of fibril through SEM photos, as well as observed changes in strength by measuring it. In addition, this researcher presented simulation which was shaped like a dress using physical property of fabric and virtual sewing system and investigated shifts of its appearance depending on changes in refining methods. Based on the results of the observation, the following conclusions were obtained: First, treatment of NaOH and enzyme decreased weight and removed impurities, so Lyocell became light, smooth and flexible. Since ECH is a crosslinking agent which reacts to alkaline solution, ECH treatment had effects of decreasing weight indirectly similar to the effect of the NaOH and enzyme treatment. NaOH treatment showed the biggest effect of weight decrease, but an excessive loss in weight injured fabric and its strength became weak. Enzyme treatment also weakened strength but less than NaOH treatment. On the other hand, ECH treatment formed crosslinking and maintained integrity, so the strength did not drop a lot. Second, as the result of looking at fibrillation of Lyocell by wet processing, Cellusoft L used in bio washing and Denimax 992L applied to denim washing produced the cleanest result just after treatment. As washing was repeated, Cellusoft L and Denimax 992L generated little fibril even in the continuous wet processing. After washing five times, however, a little fibril was generated. Fabric treated with ECH showed the same feature as the beginning after washing it 10 times. That is, cross-linking treatment fixed fibril, so it could maintain its clean appearance. Third, according to the result of examining whiteness change caused by treatment, NaOH treatment indicated the biggest difference between whiteness value and yellowish value. Since treatment affects dyeability, whiteness change is important. It is considered that it is proper to treat Lyocell with ECH for uniform treatment or enzyme, which indicates a low-degree yellowing, in order to prevent inferiority in dyeing. Fourth, when Lyocell was dyed with 1% o.w.f. C.I. Blue 19, lambda max was 600㎚ and the refined Lyocell developed color well. Among treatments of Denimax and ECH, Lyocell treated with 10% o.w.f. ECH tended to be most bluish. It demonstrated that control of fibrillation contributes to improvement of dyeability. Fifth, dry and wet friction, light and washing fastness were evaluated after dyeing. Consequently, there was a little difference, but Lyocell refined with alkali, enzyme, and treated with crosslinking agent was superior to untreated Lyocell by half or one grade. Washing fastness was examined at one time, five times, ten time and the result showed that it was more excellent in treatment of crosslinking agent than in refining treatment. Sixth, according to the result of looking at its physical property, treatments of NaOH and ECH had high values of LT and tended to keep linearity. RT values of NaOH treatment was lower than that of enzyme treatment and ECH treatment, which suggests that its dimensional stability is worse than enzyme treatment. The values of EMT and WT, which mean transformation of tensile property, was the biggest in NaOH treatment, followed by enzyme treatment and ECH treatment. Regarding bending property, lyocell treated with NaOH, enzyme, or ECH showed increased flexibility and elasticity more than untreated Lyocell. With regard to shear transformation, treated Lyocell increased its recovery from compression and got flexible, so it showed ample silhouette with volume. Based on these physical properties, virtual sewing image was made and the result was similar to the tendency of the treated Lyocell. Cellusoft L in enzyme treatment and treatment of 10% o.w.f. ECH, which was the most excellent in physical property, formed natural puckering even in the 3D image and had a good drapery form. When it was observed from the above, it was most away from the original form. To sum up, considering minimization of yellowing, sewing, and environmental-friendly processing, enzyme treatment is suitable. On the other hand, given only dyeability, control and management of fibrillation, ECH treatment is suitable to Lyocell.