알칼리 감량 가공한 PET포의 chitosan가공효과에 관한 연구

Abstract

chitosan은 chitin으로부터 탈아세틸화에 의해 얻어지는 천연고분자 물질로서 여타 섬유가공제들과 비교할 때 안전성 측면에서 월등히 우수할 뿐만 아니라 인체 친화성이 높기 때문에 천연물을 이용하여 환경친화적 가공을 추구하고 있는 의류가공분야에서 활발히 응용되고 있다. 지금까지 chitosan은 면섬유에 주로 활용되어 왔는데 면포의 촉감을 개선하는 가공이나 의마가공, 또는 chtosan이 보여주고 있는 미생물에 대한 우수한 항균력이 인정되어 항균, 소취, 방취가공 등에 이용된 바 있다. 견섬유의 염색성 향상, 양모섬유의 촉감개선 등 그 응용이 주로 천연섬유 분야에 국한되어있으며 폴리에스터를 비롯한 합성섬유에 응용된 예는 찾아보기 어렵다. 의류용 합성섬유중 폴리에스테르 섬유는 고부가가치 창출을 가능케 하는 신합섬으로서 중요한 위치를 점하고 있기는 하나 대표적인 소수성 섬유로서 수분율이 매우 낮기 때문에 이를 해결하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 chitosan을 폴리에스테르에 적용시켜 수분율을 상승시키려는 시도와 함께 정전기 발생정도의 변화와 촉감개선 효과를 연구하였다. chitosan을 폴리에스테르에 적용함에 있어 별도의 사전 가공처리가 이루어지지 않은 폴리에스테르 원포와 함께 알칼리 감량가공이 이루어진 폴리에스테르포에 대하여 동시에 chitosan 가공을 행하였다. 알칼리 가공포와 미가공포에서chitosan가공이 이루어졌을 때의 차이점을 면밀히 검토하였다. 알칼리 감량 가공포가 사용된 이유는 알칼리 감량가공에 의해서 폴리에스테르 섬유의 촉감이견과 유사해 진다는 점과 알칼리에 의한 가수분해 과정에서 폴리에스테르 분자내부에 다량 생성되는 친수성기인 -COOH기와 chitosan간의 화학적 결합가능성을 타진하기 위함이다. 알칼리 감량가공된 폴리에스테르포와 미가공포에 대하여 chitosan을 도포하고 후처리하는 방법은 아래에 제시되는 바와 같이 5종류로 한정하였다. 1) chitosan을 도포하고 자연건조 시키는 방법 2) chitosan 도포후 NaOH로 chitosan의 산성염 상태를 파괴하는 방법 3) chitosan 도포후 chitosan의 가교제인 epichlorohydrin으로 가교시키는 방법 4) chitosan 도포후 CH₃COONa를 촉매로하여 폴리에스테르에 chitosan을 화학적으로 결합 시키는 방법 5) chitosan 도포후 CH₃COONa와 구연산을 병용처리함으로써 가교가 이루어진 chitosan 가교제를 폴리에스테르에 화학적으로 결합시키는 방법 상기 제시된 5가지 방법은 서로 다른 chitosan 가공효과를 유발시켜 수분율과 정전기 발생정도가 광범위하게 변화한다는 사실을 발견하였다. 8cps chitosan을 도포하였을 때가 50cps chitosan이 사용되었을 때보다 수분율이 상승하지만 정전기 발생량은 동일한 정도로 저하된다. 50cps chitosan 도포에서 수분율이 거의 상승되지 않는 이유는 분자량이 큰 chitosan이 직물 표면에 도포됨으로써 물에 대한 반발력이 상승되기 때문으로 판단된다. 알칼리 감량 폴리에스테르의 chitosan 처리는 수분율을 상승시키지 않는 반면, 미감량 폴리에스테르의 chitosan 처리는 수분율을 상승시킨다. NaOH와 epichlorohydrin의처리는 알칼리 미감량포에서만 수분율을 상승시키고 정전기 발생을 감소시킨다. CH₃COONa와 구연산 혼합반응은 알칼리 감량, 미감량포 모두에서 수분율이 15%까지 상승되나 정전기 발생은 오히려 50% 정도 상승된다. 또한 위와 같은 방법으로 처리한 처리포를 Kawabata Evaluation System(KES)을 이용해 기계적, 물리적 변화를 측정하였고 이로부터 환산식에 의해 태값을 계산하였다. 알칼리 감량처리에 의하여 Koshi(Stiffness)와 Hari(Anti-drape Stiffness)가 감소되었고 Sinayaka(Flexib. With Soft Feeling)와 Shari(Crispness)는 증가되었다. chitosan처리에 의하여 Koshi와 Hari가 증가하였으며 특히 감량가공하지 않은 포에 chitosan처리와 후처리를 한 포에서 Hari가 증가하였고 Shinayaka는 chitosan처리에 의해 감소하였다. 알칼리 감량처리에 의해 EMT(extensibility)와 WT(압축에너지)가 상승하였고, B(굽힘강성)과 G(전단강성), To(두께), W(중량)과 SMD(Roughness)가 감소하였다. chitosan처리에 의하여 B와 G, To, W가 증가하였으며 특히 50cps의 chitosan 처리포가 8cps 처리포에 비해 To가 전반적으로 증가하였다. 이상으로부터 알칼리 감량가공과 chitosan처리 그리고 후처리의 도입여부에 의한 PET 직물의 수분율의 변화와 정전기 발생정도 그리고 태의 변화를 알 수 있었다. ; Chitosan is a natural biodegradable polymer derived from Chitin by a process called deacetylation. It has been widely studied and applied in the textile industry that pursuing an environmental affinity due to not only its excellent safety characteristic but also its affinity to human body. Up to present chitosan was applied only for natural fibers like cotton, silk and wool as a handle improvement finishment, vivid color, and anti-microbial finishment. Among synthetic fibers, polyester provides many advantages and plays an important role in adding value to textile industry; however, its poor moisture-absorption characteristic causes static electricity and contributes to discomfort. The purpose of this study is to investigate the changes in the amount of static electricity occurred and texture when PET is treated with chitosan. Specifically, this study compares the before and after effects of chitosan non-alkaline treated PET and PET treated with 4% concentration of NaOH in 70℃ for 5 hours (27% weight loss). Two chitosan solutions with viscosities of 8cps and 50cps, both with fixed pickup % of 90%, are evaluated. The study defines the methods of chitosan treatment, neutralization and cross-linking into alkaline PET and non-alkaline PET these following 5 different kinds of method. 1) Spontaneous drying after applying chitosan. 2) Neutralizing the state of acid chloride of chitosan with NaOH. 3) Cross-linking with epichlorohydrin after applying chitosan. 4) Chemical bonding with PET using CH₃COONa as a catalyst after applying chitosan. 5) Chemical bonding between chitosan and PET by treating with CH₃COONa mixed with citric acid after applying chitosan. The investigation process involved first applying the sample in alkaline washing - room drying - applying it in chitosan - room drying - then neutralizing or cross-linking or chemical bonding - washing - and room drying. Conclusively these 5 different methods result in completely different effects of chitosan and lead to a vast change of in the moisture rate and the amount of static electricity occurred. 8cps chitosan treated shows higher moisture rate than 50cps treated, but the amount of static electricity occurred is decreased in both by the same amount. Despite the fact that chitosan treatment on alkaline treated PET does not make any increase in moisture rate but it makes an increase on non-alkaline treated PET. Neutralizing with NaOH and cross-linking of epichlorohydrin makes an increase in moisture rate and decrease in the amount of static electricity occurred only treated on alkaline treated PET. CH₃COONa mixed with citric acid make an increase in moisture rate up to 15% but increase in the amount of static electricity occurred about 50% in both of alkaline and non-alkaline treated PET. The final mechanical and physical changes were measured using Kawabata Evaluation System (KES). The alkaline-treated PET sample exhibited decreases in Koshi (stiffness) and Hari (anti-drape stiffness). On the other hand, Shinayaka (Flexib. With Soft Feeling), Fukurami (Fullness and Softness), and Shari (Crispness) increased. Koshi and Hari increased and Shinayaka decreased when samples were treated with chitosan. Samples not treated with alkaline but treated with chitosan and either neutralized or cross-linked, in particular, exhibited increased Hari. The PET sample treated in alkaline displayed increased EMT (extensibility) and WT (compression energy), in addition to decreased B (bending rigidity), G (shear stiffness), To (thickness), W (weight), and SMD (surface roughness). Samples treated in chitosan exhibited increases in B, G, To, and W. To, in particular, displayed dramatic increases in those samples applied with 50cps in comparison to those applied with 8cps. In conclusion, this thesis demonstrates that the application of alkaline and chitosan and subsequent neutralization and cross-linking can provide significant change to the moisture rate, the amount of static electricity occurred and physical and mechanical properties of PET.