면 제품의 수지가공
1. 수지가공의 목적
가공제의 가교 반응 및 수지화 반응에 의한 방추성, 방축성 향상
2. 수지가공의 주요 변수
1) 섬유 제품의 성질
- C-2, C-3, C-6의 OH기의 반응성
- 미세구조: 비정질 영역에서 반응하기 때문에 결정화도가 높으면 수지가 침투하기 쉽지 않음
- 직물의 구조
- 다른 섬유의 존재
2) 가공제
- 관능성 (functionality)
- 크기 (분자 구조)
- 반응성 (촉매, 공반응제)
- 농도: 농도가 높으면 부반응(side chain, 고분자화, 분자 내 가교 결합)이 일어남
- 가교 결합의 안정성: 열분해에 대한 내구성, 세탁에 의한 가수분해
3) 주위 환경
- 수분이 있을 경우 팽윤 된 상태에서 가교되어 습방추도 향상
- 수분이 없을 경우 팽윤되지 않아 짧은 가교가 형성되고 건방추도 향상
3. 수지가공의 공정 과정
- padding -> predrying -> curing -> washing -> drying => precure 공정
- 예민한 직물의 경우 의복을 제조하고 curing 실시(안정성 때문에) => postcure 공정
- 건식 큐어링(가교를 형성하는 과정) 방식을 가장 많이 사용함, 일반적인 가공법과 높은 온도의 열풍(160에서 200도에서 동시에 건조 및 열처리)을 사용하는 방식이 있음
- 습윤 공정(mist): 16~24시간 동안 자연에서 batching -> 주로 침구 시트, 셔츠, 블라우스용 직물 등
- 습식 공정(wet): 16~24시간 동안 batching -> 테이블보, 벽걸이 장식용, 침구류, 가구용 직물 등 (인장강도와 인열강도의 저하가 적기 때문)
4. 수지가공의 특징
1) 장점
- 형태안정성 증가
- 방추성 증가
- 요구하는 촉감으로 가공 가능 (부드러움 혹은 빳빳함)
- easy care 특성 가짐
2) 단점
- 낮은 내마모성
- 인열강도 저하: 가교에 의해 신축성 부족
- 인장강도 저하: 가교결합으로 인해 변형가능한 폭이 좁아져서 발생하는 문제
- 일광견뢰도 저하
- amine 계열로 인한 악취
- 포름알데히드 방출
5. 수지가공에 사용하는 시약
1) Urea- Formaldehyde 수지 (UF 수지)
(1) DMU
- 저가이며 가공이 용이함
- 내구성과 내마모성이 불량하여 포름알데하이드 유리 및 방출 가능성이 있고 세탁 후에도 잔존함
- 가교 결합 형성
- 수지화 반응: cellulose와 반응하지 않고 수지끼리 반응할 수 있음
(2) DMEU
- DMEU 단독 축합물이 1000MW 이며 수용성이고 고리구조가 있어 3차원 구조가 없다는 장점이 있음
- 방추성과 방축성 양호
- DMU 처리시보다 유연한 촉감
- 내염소성 불량
(3) DMDHEU
- HCHO 발생이 적어 내구성 양호
(4) DMPU
2) Melamine Formaldehyde 수지 (MF 수지)
(1) di&tri-methylol melamine
(2) hexamethylol melamine
* MF 수지는 UF 수지보다 내 염소성, 내 세탁성 양호
3) other crosslinking agent
- 질소를 함유하지 않는 경우 내염소성이 양호
- N-Alkylol 화합물보다 방추성 향상은 적음 -> 대체적으로 N-Alkylol 화합물과 함께 사용함
(1) Acetalization
- 알칼리성 용액에서는 일시적으로 반응
- 약산성 용액에서는 반응시킴
- Cell-OH + nHCHO -> Cell-(OCH2)n-O-Cell
(2) Alkyl dihalides
- W&W 가공에 이용
- 알칼리성에서 epichlorohydrin을 형성하여 반응이 가능
(3) Epoxides
- 알칼리성 촉매를 사용하면 반응이 느리고 습방추성만 향상
- 산성 촉매와 고온에서 진행하면 건, 습방추성 향상
- 대체적으로 N-Alkylol (DMEU) 화합물과 병용
(4) Onium compounds
- Sulfix A와 DMPU, 산성촉매를 함유한 처리욕에 셀룰로오스계 직물을 패딩 하여 dry-cure 법으로 처리한 후 다시 alkali 액으로 wet-cure 반응시키는 방법
(5) divinyl sulfone
(6) Acrylamide 유도체
- free NH 존재
(7) Methylolacetone 화합물
(8) Ethylenimine 유도체
(9) ester 형성 PCA
- BTCA가 많은 연구와 상용화가 이루어지고 있음
* 에스테르 형성이 가능한 화합물의 경우 비교적 독성이 낮고 황변 가능성이 낮으며 내 가수분해성을 가짐
6. 수지가공에 사용하는 촉매
1) 약산성 촉매: 초산, 타르타르산
2) 이민염: 큐어링 시 산을 유리시킬 수 있는 물질로 인산암모늄염(NH4)2HPO4, 염화암모늄 NH4CI 이 있음
3) 금속염
* 촉매의 선택이 처리 직물의 성질 (내 염소성, 내 세탁성 등)을 결정
* 암모늄 촉매를 사용하면 생선 비린내 발생 가능성이 있음
7. 수지가공에 사용하는 첨가제
1) 폴리에틸렌 분산액: 일열 및 마모 강도 향상, 봉제성 향상(sewing)
2) 음이온계 유연제: 설폰계 지방산 및 오일, 황화 지방산, 지방산 축합물
3) 양이온계 유연제: 4급 암모늄염, 아미노 에스터, 아미노아미드
4) 비이온계 유연제: 폴리글리콜에테르, 폴리글리콜 에스터, 에틸렌 옥사이드
5) 실리콘계 유연제: I형은 중합도가 500~600 정도, II형은 n, m이 각각 40~60 정도의 제품이 사용됨
8. N-Alkylol 사용 시 문제점
- 가수분해
- 내 염소성
- 생선비린내
- 강도 저하, 내마모성 저하
- 반응성 염료와 반응 시 광견뢰도 저하, 변색
1) 가수분해 -> HCHO 유리
- 알칼리성 조건에서는 NH가 없으면 가수분해가 일어나지 않음
- 산성 조건에서는 가수분해가 나타나 NH가 발생
=> 처리 직물의 가수분해에 대한 저항성은 산성 조건에서의 가공제의 가수분해 정도에 의해 좌우됨
- 질소에 α-alkoxy기가 있으면 가수분해가 잘 일어나지 않음
2) 염소의 잔존
- chlorine을 함유하는 표백제 사용 시 염소와 가공제 반응
- 다리미질 (열처리) 시 섬유소 섬유 상해
- 수분이 존재할 때 열을 가 할 경우 섬유 손상 (염산에 의해)
- 염소의 잔존 평가: scorch test - 표백제를 함유하는 세제로 세탁하여 건조한 후 인장강도의 저하로 평가, 화학적인 방법으로 염소함량 측정
* 내 염소성 5 환 > 6 환 N의 전자밀도가 크고 적외선 흡수 스펙트럼 중 C=O 흡수 파동수가 크게 나타나기 때문
3) 반응성 염료의 광견뢰도
- N-C 가수분해와 관계가 있음
- 가수분해가 잘되는 가공제의 경우 광견뢰도가 감소함
- 가수분해시 생성되는 free NH기가 광견뢰도 변화에 기여 (유리된 HCHO는 영향이 적음)
4) 생선 비린내
- 고온, H2O 보관 시 문제가 됨
- curing 과정 시 부산물로 N(CH3) 3 형성: 촉매 중 NH4+가 존재할 때 NH3가 발생하는 경우 (UF 수지 사용)
- 직물에 산이 존재하면 안정화 (산과 결합) -> 내 세탁성
9. Durable press
- W&W 성과 형태안정성을 부여하는 가공. 즉 반복되는 세탁에도 수지가공 효과가 지속될 수 있는 가공으로 다림질이 필요 없고 치수의 안정성이 부여됨
- 심한 강도저하로 순면직물이나 레이온 직물 사용은 만족스럽지 못하며 P/C(폴리에스터와 면 혼방)에는 만족스러운 결과
- 많이 사용되는 가공제는 DMDHEU이며 습방추도가 좋고 강도저하가 적다는 장점이 있음
- 기존의 W&W 가공은 면직물의 방추성을 증진시키나 봉제 후 주름제작이 어려워 이를 개선하기 위해 개발된 방법
- 일반적으로 사용 수지량이 많고 현저한 강도 저하가 발생해 이를 보완하기 위해 폴리에스터를 혼방하며 curing 시 polyester의 열고정 효과도 동시에 줌
1) Post cure (두꺼운 직물)
- 대표적인 예시로는 Koratron process가 있음
- 직물을 수지와 촉매가 섞인 처리액에 침지시켜 스퀴징 한 후 예비 건조만 하고 직물을 제단하고 봉제한 후 press를 하고 큐어링 장치에서 가열하는 방법
2) Pre cure (얇은 직물)
- 대표적인 예시로는 Recure process가 있음
- 일반적인 수지처리와 동일하게 처리한 후 봉제 후 고온, 고압 프레스를 이용하여 재열처리를 하여 형태를 세팅시킴
- 수지가 안정화되어 봉제품에 주름과 형태를 부여하기 위해 수지는 고압프레초밥 재가교가 일어날 수 있는 수지를 사용해야 함
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