microwave를 이용한 염색성 향상에 관한 연구

Abstract

논 문 개 요

섬유산업 중 염색가공업의 에너지 소비는 연료 사용량의 77%, 전기 사용량의 54%를 차지한다. 염색공정 중 소모되는 에너지를 효율적으로 절감하고 시간을 단축하는 기술 개발이 필요하다. 최근에는 염색공정 중 에너지를 절감하는 기술로 마이크로파, 라디오파, 적외선 등을 이용한 신기술을 연구 중이다. 에너지를 절약하고 염색가공기술을 향상시키기 위한 일환으로 마이크로파의 접목 가능성을 검토하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구는 염색공정 중 가열조건을 microwave의 초단파를 이용하여 심색의 효과를 얻었고 시간이 증가할수록 채도가 높아지는 결과를 얻었다. 또한 염색공정에서 microwave의 적용으로 염색시간이 단축되고 에너지를 절약가능성을 확인하였다. 본 실험에서는 전 세계 섬유 소비량의 약 50% 차지하며 다양한 용도로 쓰이고 있는 면과 우아한 광택과 부드러운 질감의 대표 소재인 견을 시료로 사용하였다. 열원은 1050W의 microwave와 1300W의 hot plate를 사용하였다. microwave로 염색 할 때에는 내열용기를 사용하여 가열하였다. 염액의 농도는 8% o.w.f 로 일정하게 사용하였고 염욕은 1:30 액비로 조정하였다. 40℃로 조정한 염액과 시료를 넣어 microwave와 hot plate로 각각 3min, 6min, 9min 동안 가열하였다. 염색 후 시료를 가볍게 탈수 한 후 wet pick-up율을 250%로 조정하여 상온에서 24시간 건조하였다. 실험의 결과 염색 된 시료의 색도는 KS A 0066 규격에 준하여 CIE L*a*b* 표색법과 KS A 0062 규격에 준하여 Munsell 표색법으로 표시하였다. 염색견뢰도는 KS K ISO 105 C06 규격에 준하는 세탁견뢰도와 KS K ISO 105 B02 규격에 준하는 일광견뢰도를 측정하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 염색성에서 색도를 측정하였다. 면을 microwave로 3min 동안 염색하였을 때 L*값은 37.53이다. 6min 동안 염색하였을 때 35.09이고 9min 동안 염색 하였을 때 33.71로 나타났다. hot Plate로 3min 동안 염색하였을 때 38.02, 6min 동안 염색하였을 때 35.31, 9min 동안 염색하였을 때 34.79로 나타났다. 색상을 Munsell 기호로 표시하면 다음과 같다. microwave로 3min 동안 염색하였을 때 2.29R, 6min 동안 염색 하였을 때 2.40R, 9min 동안 염색하였을 때 2.57R로 나타났다. hot plate 로 3min 동안 염색하였을 때 2.10R, 6min 동안 염색하였을 때 2.41R, 9min 동안 염색하였을 때 2.42R로 나타났다. 면의 결과 염색 시간이 증가하면 L* 값이 증가하며 색상이 선명해지는 것으로 나타났다. hot plate로 6min 이상 염색하였을 때 색상과 심도 변화가 크지 않지만 microwave로 6min 이상 염색하였을 때 시간이 증가함에 따라 색상과 심도 변화가 크게 나타나 색이 선명하고 심색의 효과가 나타나며 microwave를 사용하였을 때 염색성이 높은 것으로 나타난다. 견을 microwave로 3min 동안 염색 하였을 때 L*값은 42.83, 6min 동안 염색 하였을 때 39.82, 9min 동안 염색하였을 때 37.16으로 나타났다. hot plate로 3min 동안 염색하였을 때 46.53, 6min 동안 염색하였을 때 43.19, 9min 동안 염색하였을 때 40.40으로 나타났다. microwave로 3min 동안 염색하였을 때 색상은 4.22R이고 6min 동안 염색하였을 때 5.67R, 9min 동안 염색하였을 때 6.23R로 나타났다. hot plate로 3min 동안 염색하였을 때 3.11R, 6min동안 염색하였을 때 4.14R, 9min 동안 염색하였을 때 5.08R로 나타났다. 견의 염색 결과도 면의 염색 결과와 마찬가지로 염색 시간이 증가함에 따라 L*이 증가하여 microwave로 3min 동안 염색한 결과는 hot plate 6min 동안 염색한 결과와 0.36의 차이를 보인다. 이것은 microwave로 3min 동안 염색 할 때 hot plate로 6min 동안 염색한 결과를 얻을 수 있음을 나타내며 열원으로 microwave를 이용하게 되면 3min의 시간이 절약된다. 염색시간이 절약되면서 공정의 단축, 노동력과 에너지 절약 효과를 얻을 수 있는 효율적인 결과라 하겠다. 둘째, 세탁견뢰도는 microwave로 염색하였을 때와 hot plate로 염색하였을 때 모두 2-3급으로 결과가 나타났다. 오염도 측정에서 첨부백포 면 시험 시 1-2급으로 매우 낮은 견뢰도가 나타났고 wool은 4-5급으로 우수한 견뢰도가 나타났다. 견의 세탁견뢰도는 microwave로 염색하였을 때와 hot plate로 염색하였을 때 차이를 보였다. microwave로 3min, 6min, 9min 동안 염색하였을 때 3-4급의 견뢰도가 나타났으며 hot plate로 3min은 1급, 6min은 2-3급, 9min이 4급으로 시간의 변화에 따라 견뢰도가 좋아졌다. 셋째, 일광견뢰도는 면을 microwave와 hot plate로 염색하였을 때 3급으로 나타났고 열원이나 시간 변화에 따른 차이는 없다. 견을 hot plate로 3min과 6min 동안 염색 하였을 때 2-3급으로 나타났고 9min동안 염색하였을 때 3급으로 나타났다. microwave로 3min, 6min, 9min 동안 염색하였을 때에도 3급으로 나타나 hot Plate로 3min과 6min 동안 염색한 시료의 일광견뢰도가 낮게 나타났다. 염색견뢰도 시험 중, 견을 hot plate로 3min, 6min 동안 염색하였을 때 세탁견뢰도와 일광견뢰도가 낮게 나타났다.

본 연구에서 염색 시 열원을 1050W의 microwave와 1300W의 hot plate로 비교하였다. 결과적으로 hot plate를 사용하여 염색하였을 때보다 microwave를 사용하여 염색하였을 때 심색효과에 탁월하며 견은 microwave로 염색하였을 때 색상이 우수하였다. 세탁견뢰도 측정시 hot plate로 염색한 결과와 큰 차이를 보였다. 염색 공정에서 microwave의 적용은 가공에 소요되는 시간을 단축하고 공정시간의 단축과 에너지 절감효과로 이어져 경제성을 높인다. 환경적인 측면에서 볼 때에는 염색 시 발생되는 탄소량을 줄이는 친환경적 기술이다. 효율적인 에너지 사용으로 경제의 시너지 효과를 창출하고 패션산업에 혁신적인 에너지 절감형 설비의 개발로 섬유산업 기술을 향상시킬 수 있는 지속적인 연구가 필요하다고 하겠다.