PET/면, 나일론/PET, 나일론/면 등 다양한 복합섬유소재를 염색하기 위해서는 복합섬유소재를 구성하는 각각의 섬유소재에 따라 적합한 염료를 선정하고 그에 맞는 염색방법을 사용하여 진행되고 있다. 하지만 이런 경우 색상과 견뢰도 등의 물성을 맞추기 위한 복잡한 염색공정 및 긴 염색시간에 의한 생산비용 상승 등 여러 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 하나의 염료를 이용하여 다양한 섬유를 염색하는 방법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 새로운 염료합성의 경우 섬유와 결합할 수 있는 반응기를 분산염료구조에 도입하여 염색조건에 따라 다양한 섬유를 염색할 수 있는 universal dye의 개발에 초점이 맞추어져 있다. 반응성염료와 분산염료의 특성을 동시에 만족시키기 위한 일환으로서 염료의 분자 구조 내에 상기의 염료특성을 동시에 발휘하는 소위 "반응성 분산염료"의 개발이 이에 속한다. 본 연구의 목적은 화학구조가 다른 네 종류의 sulphatoethylsulphone기를 갖는 반응성분산염료들을 합성하고 이들의 나일론, PET, 면 및 교직물에 대한 염색성을 분석하는 것이다. 면 섬유에 대한 Dye 1~4의 염색온도에 따른 염색성을 살펴보면, 각 염료들의 염색성은 염색온도에 따라 큰 영향을 받고 있음을 알 수 있으며, Dye 1, 4는 염색온도가 높을수록 K/S 값이 증가하고 Dye 2, 3은 염색온도가 낮을수록 K/S 값이 증가함을 알 수 있다. Nylon에 대한 Dye 1의 염색속도는 pH 4 > pH 5 > pH 8 > pH 7 > pH 6의 순서로 나타나 pH 6에서의 염착 평형이 pH 4보다 40분 정도 늦게 도달하였다. 나일론과 PET의 동욕염색에 있어 Dye 1은 나일론의 경우 초기부터 빠른 흡착을 보이며 $100^{\circ}C$가 되는 60분에는 K/S값이 16에 도달하여 염착 평형에 근접한 것을 알 수 있으며, PET는 $100-200^{\circ}C$ 사이에서 염색속도가 빨라지며 본격적으로 흡수하였다. N/C 교직물에 대한 Dye 2, 3의 빌드업성은 두 염료 모두 염료농도의 증가에 따라 K/S 값 역시 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 나일론 섬유는 네 가지 염료로 우수하게 염색되었고, 면 섬유는 수용성기를 가진 Dye 2와 3, 그리고 PET 섬유는 소수성이 높은 Dye 1과 4가 적합하였다. N/P 및 N/C 교직물의 염색에 있어 나일론 성분으로 염료가 더 많이 흡착하여 나일론섬유가 더 진하게 염색되지만 교직물의 직물조직에 의하여 표면과 이면은 각각 거의 동색으로 보였다.
본 연구는 섬유산업에서 많이 사용되고 있는 주요염료인 분산성, 반응성, 산성염료를 대상으로 일반적인 수질오염항목인 COD, T-N, TOC, color, SS, TDS, conductivity 등을 분석하여 각각의 염료용액의 성상을 비교 분석하였고, NF막을 투과시켰을 경우 투과 flux와 배제율이 염료용액 종류에 따라서 어떻게 다른 양상을 나타내는지를 연구하였다. 결과적으로, 염료종류별 화학적 성질 및 구조적인 차이에 의하여 염료용액의 용해도 및 유기물부하 등이 달라짐을 알 수 있었고, 특히, 분산성 염료와 반응성염료는 이들 화학적 성질의 차이가 매우 현격하게 달라서 투과 flux 감소현상과 유기물, color, 부유물 및 용존 고형물, 이온성 물질 등의 배제율이 다른 양상을 보임을 알 수 있었다. 반응성염료 용액은 분산성염료 용액에 비하여 투과 flux는 높지만, TDS의 배제율이 낮은 반면, 분산성염료 용액은 부유성 고형물 농도가 높아 투과 flux가 낮고, 유기물질의 배제율이 낮은 특성을 나타낸다.
일시적 수용성 반응성 분산염료는 염료합성시에 분산제를 사용하지 않기 때문에 원가절감 및 밀링공정 생략에 의한 생산성 증대효과가 있다[1-2l. 또한 혼방섬유를 단일염료로 일욕에서 염색할 수 있기 때문에 공정단축의 효과, 염색공정시에도 분산제를 사용하지 않아도 되므로 조제절감 및 염색폐수의 환경문제 개선 둥의 장점이 있다. 3원색(yellow, red, blue)의 일시적 수용성 반응성 분산염료를 이용하여, Acetate/Nylon(A/N), Acetate/polyester(A/P), Polyester/Nylon(P/N) 혼방섬유를 일욕에서 염색하였으며, 염색성, 견뢰도 및 염색폐수의 환경성을 평가하였다. (중략)
본 연구는 1981년 본인이 국제견업협회기술연구분과위원회의에 참석하였을 때 논의된바 있고 기후 작잠견직물염색에 대한 문제점을 해결하기 위하여 본인 앞으로 시료가 도착하였으므로 비록 우리나라에서는 작잠고치가 생산되고 있지 않으나 한국의 국제적 우위성을 보여주기 위하여 이 연구에 착수하였든 바 I.S.A측에서 문제시하고 있는 것을 성공하여 염색된 견직물 샘플을 가지고 1982년 영국런던에서 개최된 바 있는 국제견업대회에 참석하여 발표한 내용요지이다. 연구결과는 작잠직물내에 수산칼슘과 같은 불순물이 남아 있으므로 완전한 정연이 염색의 선결조건이고 산성염료는 염착성이 부족하였으며 반응성염료가 적합한 사실을 발견하여 보고하였는데 이태리대표가 반응성 염료는 섬유를 약화시키는 관계로 부적합하다고 반대발표를 하여 본인은 섬유약화가 사용강도를 유지하고 있는 한 문제삼을 것이 못된다고 반론을 제기하기에 이르렀는데 중공에서도 기전에 산성염료를 사용하였지마는 최근 반응성염료로 전환하였다는 사실을 밝힘으로서 논쟁의 판결이 끝나고 말았다. 이 연구는 완전정연이 기술적요제로 되고 있으며 본인이 만든 작잠견직물염색자료는 중공 대표의 요청으로 그들에게 인도된 사실을 밝혀둔다.
11종류의 cellulose에 고착된 vinylsulfone(VS)계 반응성 염료(F-type)의 알칼리 가수분해 거동과 염료와 섬유의 결합 안정성을 cellophane film을 이용한 film권층법에 의하여 조사하였다. F-type은 알칼리욕에서 분해되어 VS type을 생성하고 VS type은 가수분해에 의해 hydroxyethylsulfone(Hy)을 생성하거나 cellulose와 재결합하여 F-type을 생성하였다. F-type은 알칼리 처리에 의해 cellulose의 수산기의 위치에 기인하는 bimodal 가수분해 거동(fast and slow hydrolysis)을 나타내었다. Orange 7과 Yellow 17는 cellulose와의 반응성이 높고 F-type의 초기 분해속도가 빠르며 일반적으로 fast 가수분해속도가 slow 가수분해 속도보다 약 5배정도 큼을 알 수 있었다. 또한 조사된 대부분의 염료의 경우 slow 가수분해 속도는 거의 유사함을 알 수 있었다.
수용액에서 수용성 염료를 소수성 염료로 전환시킨 후 마이크로 버블을 이용한 침전 및 부상응집에 의한 염료를 제거하는 연구를 수행하였다. 양이온성 염료에 음이온 collector를 반응시키며, 또한 음이온성 염료에 양이온 collector를 첨가하여 소수성으로 변환시켰다. 소수성으로 전환된 염료 용액을 회분식 반응기에 저장하여 마이크로 버블을 분사시켜 색을 제거하였다. 염료 용액을 제조하기 위해 Basic Yellow 1 및 Direct Orange 10을 사용하였으며, sodium dodecyl sulfate, oleic acid sodium salt 및 amine류와 같은 음이온 및 양이온 collector를 사용하면 색 제거에 효과적이었으며, 모든 색은 8분 이내에 제거되었다. 색 제거는 collector의 첨가량과 수용액 pH의 영향을 받으며, 염료농도에 비해 극히 소량의 계면활성제를 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하였으나, 염료농도와 비슷한 collector 양을 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하지 않았음을 알 수 있었다. 그 이유는 collector와 염료가 1:1M로 반응하여 소수성이 완전히 부여되어야 제거됨을 알 수 있었다.
배트염료는 일반적으로 일광, 세탁 등에 견뢰하기 때문에 선명한 색조가 얻어지는 목면용 염료로서 사용되어져 왔지만, 합섬섬유에는 염색되어지지 않는다고 일반적으로 생각되어져 왔다. 따라서 합성섬유가 일상생활의 의류에서 다양하게 사용되어지고 있고, 나일론과 폴리에스테르도 정해진 염료로서 염색되고 있다. 나일론의 경우 산성 혹은 금속착염염료, 반응성염료 및 분산염료가 이용되고 있으나, 폴리에스테르는 거의 대부분이 분산염료로 염색되어진다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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