Chitosan과 Silicone을 혼합처리한 면직물의 물성변화에 관한 연구

Abstract

천연에 풍부한 키틴과 그 유도체인 키토산은 제 3의 공해를 유발하지 않고 우수한 인체 적합성을 갖는 고분자 화합물로서 의료, 식품, 금속흡착, 환경, 화장품, 농업, 생명공학 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 섬유분야의 응용으로는 항균 방취의 위생가공, 균염성과 염색견뢰도 상승, 선명한 색상, 방오성, 정전기 방지, 줄임 방지, 날염 공정의 간편화와 염색 폐수 처리 등이 있다. 본 실험에서는 갑각으로부터 제조된 키토산으로부터 얻어지는 분자량이 상이한 키토산(8cps 와 50cps)을 사용하였다. 면직물에 키토산 처리를 하면 뻣뻣한 감촉을 주게 되므로 유연성을 부여하면서 마와 같은 감촉을 부여하기 위해 제 3의 합성으로 silicone유연제를 도입하였다. chitosan과 silicone을 함께 처리한 것은 각각 자연건조 시킨 것과 함께 내구성을 향상시키기 위해 0.1% NaOH 후처리 공정, 0.05% NaOH 용액 속에 epichlorohydrin 가교제의 첨가공정을 도입하였으며 pick-up은 모든 시료를 90%로 고정시켰다. 먼저 KES(Kawabata Evaluation System)에 의하여 굽힘, 인장, 전단, 표면, 압축 특성을 측정하고 태 평가치를 구하였다. 모든 처리포의 굽힘강성(B)은 미처리포에 비해 상승되며 특히 고점도 chitosan으로 처리한 면포의 굽힘강성 상승률이 높아졌다. silicone 유연제의 첨가량이 많아질수록 그 유연제의 효과로서 굽힘강성이 저하되어 뻣뻣함이 감소되었으며 자연건조시킨 시료가 NaOH 중화 혹은 epichlorohydrin 가교제를 도입한 시료보다 굽힘강성이 컸다. 인장에너지(WT)는 굽힘강성과는 정반대의 경향을 보이고 회복도(RT)는 미처리포에 비해 약간 상승하였으며, 전단강성(G)은 대체로 감소한다. chitosan 처리 혹은 chitosan과 silicone 처리를 함으로써 직물 표면이 매끄러워 져서 표면마찰계수(MIU)의 값은 모두 저하되며 구성 사의 집속력 향상과 사의 직경이 감소되기 때문에 압축 에너지(WC)는 감소하였다. 남성 여름용 셔츠의 기준으로 태평가치를 살펴보면 미처리포에 비해 KOSHI(stiffness)와 SHARI(crispness)는 상승하나 FUKURAMI (fullness and softness)는 감소하며 HARI(anti-drape stiffness)는 규칙성을 보이지 않았다. Total Hand Value는 일반적으로 향상되었다. 공기투과도는 모든 처리포에서 상승하였다. 그 이유는 첫째, 직물 표면에 많이 존재했던 fibril이 chitosan 용액에 흡수되고 건조되는 과정에서 사에 coating 되어지므로 더 넓은 공간을 용이하게 공기가 통과할 수 있기 때문이다. 둘째, 피가공직물을 구성하고 있는 실과 chitosan 간에 서로 결합이 형성되고 난 후 chitosan이 건조, 고화되면서 수축하여 가공처리 전 포에 존재하던 평균크기의 기공보다 더 큰 기공을 다량 생성시키기 때문이다. 특이한 효과로서 chitosan 처리 후 silicone coating을 함으로써 매끈한 표면이 형성되어 chitosan만으로 처리한 것 보다 오히려 더 우수한 공기투과도를 나타내었다. 고순도의 고분자량 키토산을 저분자화시켜 제조한 chitosan을 사용하였기 때문에 백도와 황도는 비교적 그 저하율이 적어 바람직하다. 주사현미경을 통해 작은 chitosan 알갱이가 실의 표면과 내부까지 깊숙이 침투되어 고루 코팅된 것이 확인되었다. chitosan 처리를 한 후에 silicone coating하는 경우는 chitosan이 균일하게 덮여진 섬유를 silicone의 뛰어난 coating 능력으로 한 겹 더 얇게 coating 하기 때문에 미처리포와 거의 마찬가지의 균일한 표면이 관찰되었다. 처리 직물의 내세탁성을 관찰하기 위하여 1회, 3회, 5회 세탁 후 굽힘강성을 측정하였다. 일반적인 경향은 chitosan과 silicone을 동시 처리한 시료보다는 chitosan 처리 후 silicone을 coating한 경우에서 비교적 높은 굽힘강성을 유지하였다. 이상으로부터 키토산의 점도, silicone 첨가량, 처리 순서, 후처리의 도입여부에 따라 처리 직물의 기계적, 물리적 성질이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. ; Chitin and its derivative chitosan are two of the most abundant natural polysaccaride biopolymers, without any side effects. Commercial applications for chitin and chitosan have been expanded rapidly in recent years such as medicine, food technology, environment, agriculture, cosmetic, and biotechnology etc. Especially, related textile applications are hygienic process of anti-biotic, deordorization, vivid color, anti-shrink, simplifying printing process, dying waste-water treatment and so on. 8cps and 50cps viscosities of chitosan used in the thesis are made from chitosan which is derived from exo-skeleton of crabs. Chitosan treatment causes stiffness of cotton fabric. Therefore, to produce soft and yam-like fabric, silicone softener is added to chitosan. After adding the softener, the fabric is neutralized with 0.1% NaOH solutions or crosslinked with epichlorohydrin in 0.05% NaOH. This experiment is for chitosan durability. Wet pick-up percentage of all the samples are 90%. Mechanical and physical properties such as bending, tensile, shear, surface and compression properties are measured by Kawabata Evaluation System(KES) in high sensitive condition. Samples treated with high viscosity of chitosan show higher bending rigidity(B) than untreated fabric. The more silicone softener is added, the fabric becomes less stiff. In other words, bending rigidity is decreased when silicone softner is put. Room dried samples show higher bending rigidity than the samples added neutralization or crosslinking process. Tensile energy(WT) shows the opposite trend to the bending rigidity. Tensile resilience(RT) gets a little higher than that of untreated fabric. Shear stiffness(G) generally decreases. The treatment only with chitosan and treatment together with chitosan and silicone both made the surface of the fabric even. Therefore, mean value of coefficient of friction(MIU) is decreased. The treatment also causes the increase of cohesion among threads and the diameter of the thread to be decreased. Therefore, compression energy(WC) is decreased. After measuring mechanical properties of the fibers, Hand Values(H.V.) and Total Hand Values(T.H.V.) of each samples are calculated for Men s Summer Dress Shirt. As a result of the Hand Values, crispness increased and fullness, and softness decreased. However, anti-drape stiffness didn t show any trend. Total hand values are generally decreased. All the treated fabrics make great improvement of air permeability. The first reason is that lots of fibrils on the surface of the fabric disappear in the process of absorbing chitosan solution and drying, which makes larger space for air to go through. The second is that when bondings are made between the threads of the fabric and chitosan, chitosan itself shrinks in the process of drying so that it makes larger holes. The air permeability of silicone coated fabric after chitosan treatment has even better effect than that of the fabric treated with chitosan alone does. To prevent yellowing effect which usually occurs in the curing process, high-purity and high -molecular weight chitosan was hydrolyzed to low molecular weight of chitosan. SEM photographs show that chitosan particle is coated very thinly, which means chitosan is easily absorbed and penetrated deeply into the fabric. When silicone is coated after chitosan treatment, chitosan is inside thin silicone coating that the even surface is found almost like the untreated fabric. Washing durability is measured by bending rigidity after one, three or five washing cycles. General trend is that silicone coated fabrics after chitosan treatment show better bending rigidity than chitosan and silicone treated at the same time. Finally viscosity of chitosan, the amount of silicone softener, method of treatment, NaOH neutralization and epichlorohydrin crosslinking are the crucial parts of changing the physical and mechanical properties of the fabric.