Chitosan-polyurethane 혼합용액과 chitosan-silane 혼합용액 처리 면직물의 천연염색에 관한 연구

Abstract

Recently, environmental pollution has been one of critical challenges on the rise. In this context, there are more and more attentions to natural dyeing process around the world. In view of current market trends, it is required to perform a little more theoretical and formulated research and development about natural dyeing, so that they may demonstrate the advantages of natural dyeing based on logical hypotheses and show how to overcome its disadvantages. This study explored any possible ways to complement low dyeing colorfastness into better directions, which is often pointed out as a demerit of natural dyeing, and also how to enhance the amount of dye uptake in actual dyeing process. 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 dyeing quality with fabrics. However, in order to complement low durability of chitosan, this study measured and addressed color tone, color difference, air permeability, as well as colorfastness to washing, abrasion, sunlight and perspiration with regard to the case of dyeing with different concentrations of polyurethane(PU) and silane(SI) altogether. The results of measurement can be summarized as follows: 1. In case of pretreating cotton fabrics with chitosan before dyeing, the amount of dye uptake was remarkably more increased than the case without such pretreatment. 2. The pretreatment of cotton fabrics with chitosan-PU or chitosan-SI had a tendency to somewhat more increasing amount of dye uptake than that only with chitosan. Especially, the case of using chitosan-SI yielded a little more amount of dye uptake than that of using chitosan-PU. 3. In the comparison of △E value before and after washing, it was noted that △E value after washing was decreased upon non-mordant pretreatment with only chitosan and chitosan-PU liquid respectively, while the value remained as it is without any variation upon the pretreatment with chitosan-SI liquid. 4. Upon the pretreatment of cotton fabrics with chitosan, it was found that there was certain tendency to lower air permeability than before, possibly because cotton fabrics were immersed in acid solution of chitosan for a long time. 5. In general, the colorfastness to washing reached Level 2 or 3, which means relatively high pollution level, while the introduction of pretreatment with chitosan-PU or -SI contributed to somewhat lower pollution level than before. 6. Notably, colorfastness to dry abrasion was better than that to wet abrasion. Compared to cotton fabrics as pretreated only with chitosan, the cotton fabrics pretreated with chitosan-PU or -SI showed better colorfastness to abrasion. 7. Basically, cotton fabrics dyed with cochineal showed very excellent colorfastness to sunlight. However, it can be concluded that the addition of PU or SI to chitosan for pretreatment didn't make any contribution to better colorfastness to sunlight. 8. Comparing the colorfastness to alkaline and acid perspiration with each other, it is found that the former colorfastness has significantly higher pollution level than the latter one. This is possibly attributed to the fact that acetic acid solution was much dissolved by alkaline perspiration upon pretreatment of cotton fabrics with chitosan, which contributed to higher pollution level.;최근 환경오염의 문제가 크게 대두되면서 천연염색에 대한 관심도가 높아지고 있는 추세이다. 현 시점에서 볼 때 천연염색의 장점을 이론적으로 입증하고 단점들을 극복하기 위하여 좀 더 이론적이고 체계적인 연구개발이 요구되고 있는 실정이다. 기존 연구자료들에 따르면 chitosan으로 사전처리 된 직물들은 염색성이 현저히 상승되기 때문에 천연염색이 어려운 합성섬유들의 염색도 가능케 하는 것으로 보고되어 왔다. 그러나 아직도 키토산의 적용분야에서 해결되어야 할 난문제로서 직물 표면에 도포되거나 고착된 키토산 성분의 탈리를 효율적으로 방지할 수 있는 방법의 제시가 요구되고 있다. 키토산은 중성의 물에 불용성이므로 일반적으로 산수용액에 용해시켜 키토산의 산수용액을 제조하여 사용하기 때문에 섬유나 직물에 도포되는 키토산의 형태는 산성염 형태이며 이로 인하여 물과 접촉 시 용해되어 탈리될 가능성이 매우 높다. 키토산을 이용하는 가공분야나 염색분야에서는 키토산 산성염의 탈리를 방지하여 세탁내구성을 증진시키기 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 천연염색 시 chitosan 사전처리를 도입하여 염색성을 증가시킴과 동시에 세탁내구성도 향상시키기 위하여 chitosan-polyurethane 혼합용액과 chitosan-silane 혼합용액을 면직물에 적용시켰다 polyurethane이 사용되는 경우는 chitosan과 polyurethane(PU)의 무게 비율이 각각 1:0.5, 1:1, 1:2.5 가 되도록 PU를 첨가하였고, silane(SI)이 사용되는 경우는 chitosan과 SI의 무게비율이 각각 1;0.5, 1:1, 1:2 가 되도록 첨가하였다. 적색계열의 코치닐 염료에 대해 Al, Sn, Cu로 선매염 후 색상변화, 세탁견뢰도, 공기투과도, 마찰견뢰도, 광견뢰도, 땀견뢰도를 측정, 분석하였다. 본 연구로부터 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 염색 전 면포를 chitosan으로 사전 처리하면 미처리시 보다 염착량이 현저히 증가된다. 면포 위에 도포 된 키토산은 면포보다 cochineal 염료에 대한 친화성이 월등히 클 뿐만 아니라 매염제인 금속이온과의 친화성도 매우 크기 때문이다. 2. chitosan-PU 또는 chitosan-SI로 처리하면 키토산만으로 처리하였을 때보다 염착량이 약간 증가되는 경향을 보여주는데 PU보다는 SI에서 좀 더 높은 염착량이 얻어지고 있다. 3. 세탁전과 세탁 후의 △E값을 비교해 볼 때 매염과 무매염 여부에 따라서 세탁견뢰도가 서로 다르게 나타나고 있다. 무매염에서는chitosan만으로 처리한 경우와 chitosan-PU 혼합용액으로 처리한 경우는 세탁 후 △E값의 저하가 유발되는 반면 chitosan-SI 혼합용액으로 처리된 경우는 △E값의 저하가 유발되지 않는다. SI로 처리되는 경우는 silane coupling를 통하여 면포와 키토산간에 화학적 결합이 형성되기 때문에 세탁과정에서도 키토산 성분이 탈리되지 않기 때문으로 추측된다. 매염이 도입되는 경우는 금속이온과 염료간에 불용성 배위결합 화합물이 효율적으로 생성되기 때문에 키토산만의 처리, PU, SI 처리 전부에서 세탁내구성이 우수하였다. 특히 SI 처리는 세탁내구성의 향상에서 가장 우수한 방법으로 평가된다. 4. 이전에 발표된 결과와 달리 면포를 chitosan으로 처리하였을 때 공기투과도가 증가하지 않고 오히려 감소하는 경향을 보여주고 있다. 이는 키토산 산성수용액에 면포가 장시간 침지되었기 때문에 나타나는 현상으로 볼 수 있다. 키토산 자체만으로 처리되었을 때보다 키토산과 PU, 또는 SI와 혼합처리 되면 공기투과도의 저하폭이 커지는 경향을 보여주고 있다. 5. 세탁견뢰도는 대체적으로 2∼3 등급을 보여주고 있어 높은 오염도를 보이고 있으나 PU나 SI 처리가 도입되면 오염도가 다소 낮아지고 있음을 볼 수 있다. 6. 습마찰 견뢰도 보다는 건마찰 견뢰도가 우수하며. 키토산만으로 처리된 시험포에 비해서 PU나 SI 처리가 이루어진 시험포들이 염색포 위에 코팅의 효과를 부여하고 있기 때문으로 마찰 견뢰도가 우수하다. Al, Cu 매염에 비해서 Sn 매염에서 마찰견뢰도가 크게 나타나고 있음도 확인되고 있다. 7 . cochineal로 염색된 시험포들은 대개 일광견뢰도가 4∼5등급으로 나타나고 있어서 일광견뢰도가 매우 우수한 것으로 평가된다. 키토산만으로 처리되었을 때의 견뢰도와 PU나 SI가 첨가되었을 때의 견뢰도 간에 인지될 수 있는 정도의 차이가 발견되지 않고 있기 때문에 PU나 SI의 첨가는 일광견뢰도의 개선에서는 도움이 되지 못하고 있는 것으로 결론 지어진다. 8. 알칼리 땀과 산성 땀 견뢰도를 비교해 보면 알칼리 땀 용액의 견뢰도가 산성땀 용액의 견뢰도에 비해 높아 오염도가 심한 것을 볼 수 있다. 이는 면포에 Chitosan처리시 Chitosan 초산수용액이 알칼리 땀에 많이 녹아져 나와 오염도가 심하게 나온 것으로 사료된다.