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폴리에스터 내구제전․ 흡수 및 방오가공「PX-7」
1. 서론
폴리에스터 직･편물은 우수한 성능 및 Wash&Wear(W&W)성을 갖기 때문에 현재 의류분야의 주류를 차지하고 있다. 그러나 이러한 우수한 폴리에스터 섬유에는 정전기에 의한 의복이 신체로 달라붙음과 탈의시 불쾌한 방전음 발생, 또한 땀 등을 흡수해주지 못하는 점, 반복세탁에 의해서 헤짐 등의 문제점을 포함하고 있다.
도레이(Toray)가 개발한 「PX-7」가공은 단사레벨에서 특수가공을 시행한 것으로서, 정전기의 발생을 억제하고, 높은 대전방지효과, 흡수성, 방오성을 부여함과 동시에 반복세탁을 해도 그 성능이 높은 레벨로 유지되는 高내구성을 부여한 것이다.
2. 대전방지(제전)에 대해서
정전기의 발생은 ⊕⊖의 전하가 분리되어 생기는 물질의 표면현상이고, 물질의 표면상태에 따라 변화하기 때문에 정량적인 취급은 힘들다. 먼저 우리 생활과 관련된 2개의 정전기의 발생과 대전의 기구에 대해서 소개하고자 한다.
(1) 접촉․박리에 의한 대전
정성적으로는 그림1에 나타낸 바와 같이 2개의 물질이 접촉/분리될 때, 전하의 이동/전하의 분리/전하의 완화의 과정에서 정전기가 발생하고 물질이 대전한다고 생각된다.
① 2개의 물질 A, B가 접촉하면 접촉계면에 전하의 이동이 생긴다.
② 한쪽의 물질표면에 ⊕ 전하, 다른 쪽 물질의 표면에 ⊖ 전하가 과잉된다.
③ 접촉계면에 전기이중층이 형성되지만, 이 상태로 보면 2개의 물질전체에서는 전기적으로 중성이
므로 정전기현상은 발생되지 않는다.
④ 2개의 물질이 기계적으로 분리되면 각각의 전하가 쌍방의 물질에 남아 정전기가 발생한다.
⑤ 발생한 정전기 모두가 축적되어 대전되는 것은 아니고, 각 물질의 정전기적 특성에 따라 전하의 중화나 누설에 의해 전하의 완화가 생긴다.
⑥ 2개 물질의 분리(전하의 분리)와 동시에 전하의 완화가 진행되어 완화의 과정 및 완화후의 대전
에 의해서 정전기현상이 일어난다.
⇒ ⇒
2물체 A, B의 접촉면에서 전하의 이동 전기이중층의 형성 전하의 분리에 의한 정전기의 발생
그림 1. 정전기의 발생과정
(2) 마찰에 의한 대전
접촉･박리의 반복으로 볼 수 있지만 2개 물질의 재질 및 접촉･박리조건에 따라서 발생하는 정전기량은 다르다. 또 마찰에 의한 발열과 표면의 파괴･변성 등에 따라 전자 및 이온이 방출된다는 것을 알 수 있고, 이들의 작용에 의한 대전이 가해지기 때문에 단순한 접촉･박리대전과는 다른 거동을 하는 경우도 있다.
합섬의류에 있어서 이러한 접촉･박리, 이동･분리와 마찰에 의한 정전기발생이 상시적으로 반복되고, 발생이 완화보다도 크기 때문에 일방적으로 전하가 축적상태가 되어 뚜렷하게 대전한다.
물체가 대전하면 물체는 근처 공간으로 전기적 물리현상을 미치게 된다. 그 현상의 하나인 역학현상에 의해 먼저나 기름때 등이 섬유에 달라붙게 되며, 소수적(疎水的)인 폴리에스터 표면에 붙게 된 먼지와 기름때는 강하게 고착되어 세탁으로 쉽게 제거할수 없는 거무스럼하게 되는 원인이 된다.
(3) 대전방지가공
고분자소재에 발생하는 정전기의 문제를 해결하는 수단으로서는 대전된 전하에 대해 이탈속도를 증대시키던지 또한 그 자체 정전기 발생을 억제하는 일이다. 대전방지성을 얻기 위해서는 금속가 반도체 수준(106Ω이하)의 표면저항치는 필요치 않으며, 1010～1012Ω로 정적･동적상태로 장해방지가 가능하다.
섬유에는 다음 대전방지제･도전제의 작용기구를 이용한 기술이 사용되고 있다.
① 이온전도 : 이온성 없고 극성의 높은 화합물을 첨가해서 공기중의 수분을 흡수시켜 이온으로 전
기를 이동시킨다.
② 전자전도 : 카본블랙(carbon black) 같이 전기를 잘 통하는 화합물(양도체)를 가해 이것으로 전기
가 흐를 수 있는 길을 만든다.
표 1. 섬유제품의 대전방지방법
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수 단 |
특징과 문제점 |
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대전방지제 사용
(이온전도) |
A.후가공법 |
친수성폴리머, 계면활성제로 표면처리
(수분흡수)→전하의 분산․확산 |
○가공이 용이
×온도의존성
×내구성 |
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B.혼입법
(제전성섬유) |
섬유내로 친수성폴리머를 브랜드함
(수분에 의한 도전성향상)
→전하의 분산․확산
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○내구성이 있음
×온도의존성
×제품전체의 약 40%이상
사용할 필요 있음 |
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C.심초(芯鞘)방법
(제전성섬유) |
섬유의 중심에 친수성 폴리머를 봉입함 |
위와 동일 |
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도전성섬유의 사용
(전자전도) |
금속섬유와 카본블랙함유섬유를 혼용함
→ECF의 코로나방전에 의한 중화 |
○소량 혼용(2%이하)
○내구성
○온도에 의존하지 않음
×색상변화
×금속과 탄소섬유의 의류에
친숙함 |
3. 방오(防汚)에 대해서
(1) 오염 부착
의류의 오염에 대해서 주된 원인에 대해서 설명하자면, 인체로부터의 지질(脂質), 식품, 화장품에 기인하는 유(油)성분과 공기중의 먼지이다. 한가지 더 오염의 원인으로서는 세탁중에 한번 탈착한 때(오염물)가 섬유에 재부착 하는 현상이 있다.
그림 2. 오염원인
(2) 방오가공
섬유용 방오가공은 다음의 3가지로 크게 분류된다.
① SG(Soil Guard)가공 : 오염이 부착되기 어렵게 하는 가공
불소계 고분자를 이용하여 섬유표면을 얇은 피막으로 씌우고, 섬유표면의 凹凸을 다소나마 평탄한 상태로 함과 동시에 표면자유 에너지를 극도로 저하시켜 섬유와 유성오염의 접촉을 작게 한다. 단, 표면이 소수적(疏水的)이 되기 때문에 대전하기 쉽게 된다.
② SR(Soil Release)가공 : 부착된 오염을 떨어지기 쉽게 하는 가공
친수성 고분자로 섬유표면을 친수화해서 세탁시에 세제액과 쉽게 융합되어 오염물을 쉽게 탈락시
킴과 아울러 헹굼시에 유성오염에 의한 재오염을 방지한다.
③ SH(Soil Hide)가공 : 때가 눈에 띠기 어렵게 하는 가공
섬유의 단면형상을 연구해서 반사효과를 기대한 가공.
표 2. 섬유표면의 성질과 방오가공의 효과의 개념
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소수성
친수성 |
표면에너지 |
섬유의 종류
가공의 종류 |
섬유표면에 나타나는 성질 |
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소수성 大
↕
친수성 大 |
小
↕
大 |
SG가공
(발수발유가공) |
물이나 기름도 튕김
오염되기 어려움 |
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발수가공 |
물은 튕기나 기름은 튕기지 않음
유성오염으로 오염되기 쉬움 |
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무가공합성섬유 |
물에 젖지만 흡수하지 않음
기름은 흡수함
오염되기 쉬움 |
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SR가공 |
흡수함
기름도 흡수함
오염되기 쉬우나 지워지기 쉬움 |
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무가공셀룰로오스계 |
4. 가공에 의한 종래 기술의 문제점
일반적인 대전방지가공은 계면활성제 등의 저분자형 대전방지가공제를 사용하며, Pad-Dry-Cure 혹은 염색후의 욕중처리 공정에서 행해지고 있다.
이 가공은 다음과 같은 이점을 가진다.
① 약제가 무색투명하고 가공후 색상변화가 없다.(어쩌면 극히 일부이다.)
② 약제비용이 저렴하고 균일부착이 용이하기 때문에 소량으로 우수한 효과를 발휘한다.
③ 가공공정도 심플해서 저비용 가공이 가능하다.
④ 다종다양의 약제가 착안되고 있으며, 목적에 맞는 선택이 가능하다.
한편 결점도 많이 있으며, 그 가운데에서도 세탁 등에 의한 내구성이 나쁘고, 일시적인 대전방지성능 밖에 없다는 것이 최대의 결점이다.
이 때문에 내세탁성이 있는 내구대전방지가공제와 가공방법이 검토 개발되고 있다. 이들 대부분은 친수기를 가지나 물에는 용해되지 않는 고분자 대전방지제이며, 물에 유화분산시킨 상태에서 Pad-Dry- Cure로 섬유표면에 고착시킨 것이다. 유화형 친수성 고분자이기 때문에 욕중처리로는 유화파괴에 의한 타링과 섬유에 균일흡착시키기 곤란 등 가공이 상당히 어렵다. 또 통상의 Pad-Dry-Cure로는 Dry공정에서 약제가 섬유구조의 결속부와 교락부에 이동(migration)하고, 친수성고분자의 균일한 피막이 형성되기 어려울 뿐만 아니라, 대전방지성능을 발휘하기 어려운 점, 또한 고분자약제가 섬유결속부와 교락부에 이동한 채로 Cure되기 때문에 촉감이 거칠고 딱딱하게 되는 문제도 있다. 더우기 친수성고분자를 사용함에도 불구하고 섬유束(섬유고분자 다발)을 결속시키기 때문에 흡수성이 악화되는 등의 문제도 발생한다.
더우기 絲가공기술의 고도화에 따른 직물조직이 복잡･다양화되는 가운데 표면가공과 코팅가공은 직물의 독특한 촉감을 잃어버리게 하는 경우도 많다.
5.「PX-7」의 특징
「PX-7」은 이러한 문제를 해결하기 위해 도레이(Toray)에서 개발한 내구제전, 흡수, 방오가공 기술이다. 「PX-7」의 특징은 종래 기술로는 달성할 수 없었던 위에 설명한 가공포인트를 전부 명확하게 구현화한 것이다. 이것은 대전방지, 흡수, 방오의 성능을 겸비한 약제를 개발한 점과 특별한 가공방법을 이용한 것으로 대전방지･방오효과가 있는 수지를 단사 한가닥 한가닥에 균일하게 피막화(그림 3)시켜, 촉감을 손상시키지 않고 높은 성능을 얻을 수 있다. 강고한 균일피막을 형성시키므로서 후가공에서 문제가 된 반복세탁에 의한 성능저하를 비약적으로 개선하는 것에 성공했다. 또 통상의 표 |
