Chitosan-Polyurethane 혼합용액으로 처리된 직물들의 KES에 의한 태 연구

Abstract

chitosan은 chitin을 탈아세틸화하여 만드는 천연고분자 물질로 다른 섬유 가공제보다 안전성과 인체친화성이 매우 크기 때문에 최근에는 천영물질을 이용한 환경친화적 가공을 추구하는 의류가공분야에서 많이 이용되는 물질이다. 지금까지 이것은 주로 면섬유를 가공하는데 이용되어 왔으며 면포의 촉감을 개선하는 가공이나 의마가공 또는 미생물에 대한 우수한 향균력 때문에 소취‧방취 가공에서 자주 사용되고 있다. 그러나 이는 견섬유의 염색성 향상이나 양모섬유의 촉감개선 등 주로 천연섬유의 가공에 국한되었으며, 폴리에스터를 비롯한 합성섬유 가공에 사용하는 예는 찾아보기 어렵다. 기존의 가공처리에서는 직물에 chitosan만 단독처리하여 촉감이 뻣뻣해지고 세탁내구성도 만족할 만한 수준에 이르지 못하는 결과가 나왔다. 본 연구에서는 이를 개선하고자 cotton, Polyester, Nylon을 chitosan와 Polyurethane의 혼합용액(이하 C-PU용액)으로 처리하여 직물간의 물성변화를 비교하였다. 또 혼합용액의 비율을 최적의 물성개선 가공조건을 구하였다. 직물을 chitosan으로 처리할 때는 주로 후가공법을 이용하므로 chitosan이 산에 용해되면서 처리직물의 표면에 chitosan의 산성염이 잔류하게 되고 이것이 세탁과정에서 탈리되는 문제가 발생한다. 세탁내구성을 향상시키고자 chitosan처리직물을 건조‧가열하여 chitosan의 변성을 유도하기도 하지만 그 효과는 미미하다. 기존 연구에서는 탈리를 방지하기 위한 방법으로 열처리하여 chitosan의 변성을 유도하거나 처리직물과 물리적인 결합을 유도하는 방법, NaOH를 이용한 중화법, 가교제를 이용한 화학적 가교방법 등을 주로 사용하였다. 그 중에서도 열을 이용한 처리법과 가공제를 사용한 화학적 처리법은 실험결과 면에서 차이가 있었다. 그러므로 이러한 후처리 방법들을 사용했을 때 물리적인 성질이 어떻게 변화하는지 처리방법 간의 비교연구가 필요하다고 생각하였다. 본 연구에서는 cotton, PET, Nylon을 C-PU용액으로 후처리하는 방법은 다음 2종류로 한정하였다. 1) chitosan과 PU의 혼합 용액을 도포하고 열 Curing 사카는 방법 2) chitosan과 PU의 혼합 용액을 도포하고 chitosan의 가교제인 epichlorohydrin으로 가교시키는 방법 혼합용액은 chitosan와 PU의 Solid Content Ratio을 각각 1:0, 1:0.25, 1:0.5, 1:1, 1:2(chitosan:PU)로 정하였다. 또 이와 같이 처리한 재료를 Kawabata Evaluation System (KES)을 기준으로 긱적, 물리적, 특성의 변화를 측정하고 환산식으로 태평가치를 계산하였다. 면포를 chitosan과 PU혼합용액으로 처리하는 경우 굽힘강성이 크게 증가되는 반면 인장강성과 전단강성은 저하된다. 열 curing보다는 epochlorohydrin 가교 반응에서 굽힘강성과 전단강성이 더욱 커지는 경향이 있다. chitosan에 PU를 첨가하는 경우 chitosan과 PU의 비율이 1:0.5이하인 처리조건이 적합한 것으로 판단된다. KOSHI는 열 curing에 비해서 epochlorohydrin 가교에서 좀더 우수한 결과를 보여주고 있다. chitosan:PU=1:0.25의 조건에서 KOSHI가 가장 우수하게 나타났다. SHARI는 epochlorohydrin가교처리보다 열 curing에서 좀 더 우수한 효과가 발견되고 있다. FUKURAMI는 열 curing과 epochlorohydrin 가교에서 그 결과가 거의 온벽하게 일치하고 있다. FUKURAMI가 증가되기 위해서는 chitosan:PU의 비율이 1:1 또는 1:2로 유지되어야 할것으로 판단된다. HARI값도 chitosan:PU=1:0.25의 비율에서 최대로 상승되며 그 이상 PU를 첨가하면 HARI값의 상승이 나타나지 않는다. chitosan에 PU가 첨가됨으로써 매우 잘 늘어나는 특성이 부여됨을 알 수 있다. 굽힘 강성과 전단강성 역시 PU가 첨가됨으로서 감소되었다. chitosan과 PU의 혼합용액으로 PET를 처리하였을 때 열 curing의 경우 PU의 첨가 증가량에 따라서 가공의 효과가 변화되는 경향이 뚜렷하나 epochlorohydrin가교에서는 PU의 첨가랴 증가효과가 거의 나타나지 않고 있다. 면포에서와 같이 PET에서도 chitosan과 PU의 비율이 1:0.5인 처리조건이 가장 적합한 것으로 판단된다. 또한 epochlorohydrin가교에서는 열 curing에 비해서 표면마찰계수가 현저히 커지고 있다. 그러나 면섬유와는 달리 PET에서는 C-PU용액 가공 후 KOSHI값이 저하되는 결과를 보여주고 있다. SHARI값도 미가공포에 비해서 저하되고 있는데 열 curing보다는 epochlorohydrin가교에서 SHARI의 감소율이 작을 뿐 만 아니라 미가공포에 비해서 감소하기는 하지만 큰 감소율이라고 볼 수 없다. FUKURAMI가 현저히 상승되고 있음을 볼 수 있다. epochlorohydrin가교에서는 FUKURAMI의 증가가 미미한 반면 열 curing에서는 FUKURAMI의 증가폭이 매우 크다. Nylon의 역학적 물성변화는 PET의 변화와 매우 유사하게 나타나서 천연섬유인 면직물과 합성섬유의 물성변화에 차이가 있음을 보여주었다. Nylon의 가공에서는 KOSHI, SHARI, HARI가 미가공포에 비해서 전반적으로 감소되는 반면 FUKURAMI의 증가가 현저하다. epochlorohydrin가교보다 열 curing에서 FUKURAMI의 현저한 증가가 이루어지고 있다. chitosan:PU의 비율이 대략 1:0.25일 때 가장 우수한 효과가 발견되는 것으로 판단된다. 면포의 경우 공기투과도가 현저히 상승되고 있음을 볼 수 있다. chitosan에 대한 PU의 비율이 1:0.25인 경우 공기투과도의 상승이 가장 크며 PU의 첨가량이 증가되어 갈수록 공기투과도의 증가 정도가 감소한다. PET와 Nylon의 경우 열 curing 시킬 때에는 미처리포에 비해서 공기투과도가 증가되고 있으나 epochlorohydrin가교에서는 공기투과도가 감소되고 있다. chitosan가공 후 백도가 저하되는 경우는 발견되지 않으며 때에 따라서 오히려 백도가 소폭 상승되는 경우도 발견되고 있다.

;Chitosan, the natural biodegradable polymer derived from chitin, has been extensively used for fabric handle in the textile finishing process, because of its excellent fabric-enhancing property as well as of its anti-microbial ability. It use, however, has been exclusively limited to the finishing of natural fabrics such as cotton and wool. The purpose of the present study was to examine the effects of the treatments of natural and synthietic fabrics -- cotton, PET, and Nylon --, with the chitosan-Polyurethane(CP) mixture, on the physical and mechanical properties of the fabrics. Each of the fabrics was treated with the CP mixture, with chitosan(C) at a fixed concentration and polyurethane(PU) au a varied concentration (i.e., the ratio of PU/C by solid content weight; 0.0, 0.25, 0.50, 1.0, and 2.0). And the pick-up percentage was fixed on 120%. Two methods of treatment were used: 1) Application of the mixture followed by heat blowing curing and 2) Application of the mixture followed by treatment with epichlorohydrin, a crosslinker for chitosan. The treated fabric materials were then examined for their physical and mechanical change by the criteria of Kawabata Evaluation System (KES). The results obtained are as follows: For cotton In general the CP-treated cotton exhibited superior phyperties as compared to untreated material, and an additional treatment by crosslink with epochlorohydrin(Method 2) resulted in even better quality cotton than that treated with curing(Method 1) alone, by the criteria of bending rigidity(B) and shear stiffness(G). The following improvements were observed: The fabric stiffness (KOSHI), excellent at the PU/C ratio of 0.25; fullness and softness (FUKURAMI), good at the PU/C ratio of 1 or 2; and crispness (SHARI) and anti-drape stiffness(HARI), best at the PU/C ratio of 0.25. For PET The CP-treated PET exhibited superior physical properties as compared to untreated material, and the treatment by curing(Method 1) resulted in even better quality PET than that an additional treatment by crosslink with epochlorohydrin(Method 2). The PET crosslinked with epochlorohydrin did not improve its quality at all PU/C ratios. The results are: Extensibility (EM) and mean value (MIU) remarkably elevated; KOSHI lowered rather than untreated fabrics; FUKURAMI remarkably elevated and it were excellent at the PU/C ratio of 0.5; and SHARI, depressed at the PU/C ratio of 0.25; and HARI, the best at non-treated fabric. For Nylon In general the physical properties of nylon treated with the CP mixture were not improved but its tensile properties remarkably enhanced. Nylon fabric treated with the mixture followed by crosslinking with epochlorohydrin and untreated material resulted KOSHI and HARI, excellent at the untreated material and PU/C ratio of 0; and EM, remarkably enhanced with B and G lowered. FUKURAMI were excellent at the PU/C ratio of 0.25. In general the CP-treated cotton exhibited superior air permeability as compared to untreated material, especially at the superior air permeability as compared to untreated material, especially at the PU/C ratio of 0.25. And the CP-treated fabrics did not exhibited the decrease of whiteness index.