견섬유 제직용 하지유연제 합성에 관한 연구

이 순제, 설수덕

동아대학교 공과대학 화학공학과

The studies of systhesis and physical properties of grounding agent.

Sun-Jae Lee, Soo-Duk Seol

Department of Chem. Eng., College of Engineering, Dong-A Univ., Pusan, Korea

서론

생사는 섬유상 단백질인 피브로인이 구상단백질인 세리신으로 피복된 형태의 단면을 갖는 장섬유이다. 생사의 약25%를 차지하는 세리신은 생사의 포합상태유지 및 취급 과정에서의 피브로인 손상방지 등의 중요한 기능을 발휘하며, 정련에 의하여 세리신이 제거 되었을 때 비로소 아름다운 광택, 부드러운 촉감 등의 우수한 특성이 발현된다. 생사의 주성분인 세리신과 피브로인은 아미노산으로 이루어져 있다. 견직물은 부드럽고 광택이 있으며 유연하여 뛰어난 의복성 등을 유지하고 있는 뛰어난 섬유소재이다. 그러나 견직물은 물리적 성질이 다른 섬유보다 떨어지는 것이 큰 단점으로 지적되고 있다. 이러한 단점 때문에 견섬유는 물세탁이 거의 불가능하며, 치수안정성, 형태안정성, 염색견뢰도, 촉감유지성, 보푸라기 발생, 황변 등의 물리적 성질이 개선되면 물세탁이 가능하게 된다.

견섬유의 개질가공에 있어서 형태안정성을 부여하기 위하여 수용성 우레탄수지, 글리옥살 수지 등을 다양한 방법이 있으나 대부분 견섬유의 물성을 심하게 손상시키거나 가공상의 난점이 있다. 이러한 가공방법은 상간 이동 촉매와 다관중성 에폭시화합물을 수계반응액으로 하는 습열처리방법(pad-cure)과 수용성 에폭시화합물 촉매를 함유한 수용액을 처리한 후 밀폐하여 장시간 처리하는 pad-batch처리법이 있다. 또, 섬유 소재로부터 방직, 연사, 직포 등의 가공을 할 때는 섬유간의 마찰계수 뿐만아이라 구리, 청동 등의 금속 혹은 플라스틱이나 나무에 대한 마찰계수도 중요하다. 특히 방적, 제직등에서 고속으로 가공하는 경우 섬유 표면을 유연 평활하게 하여 기계 부분과의 마찰이 최소가 되도록 함과 아울러 방사의 불균일성을 막고, 원활한 작업과 대전 방지를 위해서 소위 평활제를 사용하는데, 방적의 목적에 사용하는 경우에는 특히 급유제라고 한다.

급유제는 섬유의 방적, 연사, 가공 등의 과정에서 평활 유연성을 부여하고, 섬유의 촉감, 통풍을 양호하게 하기 위해서 유연제가 사용된다. 이것은 원래 실크에 적용되어 왔으나, 비스코스 레이온이 발명된 후 레이온의 유연성과 탄력성을 보충하기 위해서 각종 유연제가 연구되었다.

최근에는 여러 종류의 화학섬유와 합성섬유의 출현에 따라 유연제가 더욱 필요하게 되었으며, 목면에도 풀먹임, 수지가공, 방수가공, 대전 방지가공, 방염 가공, 위생가공 등에 의해 섬유의 유연성이 감소하고 촉감이 나빠지게 되므로 이것을 보완할 필요가 있어 유연제의 중요성이 크게 인식되었다. 그러나 섬유의 유연성은 섬유의 굵기, 꼰방향, 제직방향 등에 의해 달라지므로 같은 종류의 섬유일지라도 반드시 유연성은 동일하지 않으며, 여러 가지 물리적 조건과 화학 처리에 지배될 뿐만 아니라, 섬유의 마찰계수 등의 조건 때문에 정량적으로 평가하지 못하고 숙련된 사람의 감촉에 의존해야만 하는 문제가 남아 있다.

본 연구는 올레인산과 디에타놀아민으로 최적의 혼합비로 윤활제를 합성하고 여기에 음이온 및 비이온 계면활성제를 혼합시킨 유연제를 제조하여 이것을 생사에 각각 유연처리하여 감량율, 백색율, 절단회수, 강신도 및 탄성율과 같은 물성시험으로 최적의 유연제 혼합조성을 구하였다. 이러한 자료를 이용해서 견직물산업의 원가절감, 생산성 및 품질향상에 기여하고자 한다.

이론

1. 비이온계 유연제

R-OH  + CH2   CH2            R-O-CH2 ·CH2-OH

O

ethylene oxide

R-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH

R-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH

R-O-(CH2-CH2-O)n·H

polyoxyethylene alkyl ether

2. 음이온계 유연제

CH3-(CH2)5-CH-CH2-CHＡCH-(CH2)7-COOH + H2SO4

OH

castor oil fatty acid

CH3-(CH2)5-CH-CH2-CHＡCH-(CH2)7-COOH

O-SO3H

castor oil sulfate

실험

1.시약

본 실험에서 사용한 Mineral oil은 Ssang yong사제 1급시약으로 하였으며, oleyl alcohol(EO)5, olive oil,  oleic acid(OA), diethanol amine(DEA)은 Aldrich사제 1급시약을 사용하였다. castor oil sulfate는 hudtison사제 1급을 사용하였고, H3PO2는 sigma사제를 사용하여 실험하였다.

2. 실험장치

실험장치는 일반 회분식 반응기를 사용하였으며 N2치환장치를 설치하여 반응물의 산화를 방지하였다. 반응물투입장치를 각각 설치하여 정확한 양의 반응물을 주입하고 혼합을 방지하였다. 미반응지방산과 지방알콜이 회수 되지 않으면 전체 반응몰비와 수율이 저하 되므로 이를 방지하기 위하여 반응중 미반응물 회수장치를 설치하여 회수된 미반응물은 다시 반응조안으로 주입하여 반응될 수 있도록 하였다.

3. 윤활제 합성

윤활제 합성은 Aldrich.co사의 올레인산과 디에탄올아민을 회분식 반응기에 투입하고 Sigma.co사의 H3PO2를 촉매로 사용한다. 반응이 시작되면 30분 간격으로 전화율을 검사며 반응온도 120∼180℃로 하고 반응시간은 3시간 이내로 하고, 올레인산과 디에탄올 아민의 반응몰비는 1/1∼1/3로 변화시켰다.

결과 및 토론

1.윤활제 합성시 전화율의 변화

Oleyldiethanol amide합성시 온도 180℃, 반응시간 3시간에 고정하여 Oleic acid와 Diethanol amine의 반응몰비를  1:1∼1:3으로 변화시켰을때 전화율은 Fig.1에 나타내었다. 1:1∼1:3 모두 30분동안 급격히 반응하여 전화율 80%정도까지 상승하였으며 30분 이후부터 3시간까지는 서서히 상승하여 반응이 종결되는 것을 알 수 있다. 반응시작 2시간부터 3시간까지는 전화율의 변화가 거의 없고 전화율이 95∼98%에 이르는 것으로 보아 반응이 종결된 것으로 판단된다.

2.감량율

세리신은 물이나 알칼리에 대한 용해속도 및 단백질 분해효소에 의한 분해속도의 차이가 다른 4층으로 피브로인을 싸고 있다. 용해 또는 분해되기 쉬운 순서대로 외측에서 내측으로 Sericin ⅠⅡⅢⅣ라고 불리어진다. 이중 SericinⅠⅡ는 비교적 용해되기 쉬운 부분이고, SericinⅢⅣ는 난용성이며, 가장 안쪽에 있는 SericinⅣ는 물에 난용성이며 알칼리에도 난용의 성질을 띠는 특성이 있다. 그 이유는 안쪽층이 왁스물질을 20∼30%함유하고 있어서 얇은 막을 형성하기 때문이다. 생사에 유연제를 처리하게 되면 생사에 부착되어 있는 세리신의 일부와 각종 불순물이 제거됨에 따라 감량이 일어난다. 감량이 많이 일어나면 유연성은 뛰어 나겠지만, 생사의 가격이 다른 섬유에 비하여 10∼15배 정도의 고가품인 점을 감안하면 감량율이 낮은 것이 유리하다고 할 수 있다.

Fig.2는 생사에 대한 유연제 처리후의 중량 변화를 감량율로 나타낸 것이다.

3.해사중 절단 횟수

생사는 타래 형태로 생산 및 거래되고 있으므로 제직공정중 가장 먼저 거치게 되는 공정이 타래를 보빈에 풀어 감는 해사공정이며, 해사공정에서의 사절은 능률저하는 물론 파사의 증가를 초래하고 절단된 실을 묶기 위한 매듭이 많아져 제직성의 저하 및 원단상의 결점을 증가시키게 된다. Fig.3은 조사범위내에서의 해사중 절단횟수를 시간당 횟수로 환산하여 나타낸 것으로서, 유연제의 종류에 관계없이 처리 농도가 높아질수록 절단횟수는 감소하였으며, A>B>C순으로 나타났다.

4.백색도

섬유가 일광에 노출되면 여러 가지 성질이 나빠진다. 특히 견섬유에서는 현저하며, 광선중 주로 자외선에 의해 약화되며 변색된다. 자외선은 견섬유의 강도를 약화시킨다. 아미노산 구성 성분중 tyrosine의 OH기가 자외선에 의해 분해 또는 변화되기 때문으로 해석하고 있다. 백색도는 시료표면의 백색의 정도를 나타낸 것으로써, 백색도가 낮다는 것은 시료 표면에 변색이 되었다는 것이므로 바람직하지 못하다.

Fig.4에서 나타난 것과 같이 시료의 백색도는 생사유연제의 사용량이 증가하면서 약간씩 저하되고 있으나 우려할 정도는 아니고 A, B, C모두 큰 차이가 나타나지는 않았다.

참고문헌

1. 加□弘, 武部豊□□□□□-□.水溶性□□□□.□□□□□□□□樹脂加功絹織       物□防□□性□改善,日-雜,vol.63, No.4, 269,1994

2. 加古武, 片山明, □□□□□-□系樹脂□□□加功絹織物□水分特性, 日-雜,         vol. 63, No. 1, 51, 1994.

3. Yukata Kawahara, Hirokazu Furuta, Masatoshi Shioya, Takeshi Kikutani,      Structural analysis of silk fibers treated with a mixture og glyoxal and        ureathane compounds, J. Seric. Sci. Jpn., Vol.64,No.2,196,1995.

4 . 河原豊,關口敏□, 朝倉守, 靑木郁子,□□□□□-□系樹脂/□□□□樹脂混合系       □樹脂加功□□絹□構造解析,纖維加功,vol.42, No.6,259,1996.

5. 特公平2-53544(纖高硏/增實(株)/(有)大官精練

6. □崎英樹. 田中芳雄, 絹織物□□□□□□□□□觸媒反應□關□□硏究(Ⅳ).纖維      加功,Vol.27, No.9, 514,1975.

Fig.2.	Variation of weight loss of raw silk of dipping treatment with the different concentration of grounding agent.

Fig.1.	Variation of conversion curve for various lubricant at 180℃, 3hr.

Fig.4.	Variation of whiteness of raw silk of dipping treatment with the different concentration of grounding agent.

Fig.3.	Variation of the number of breaking of raw silk of dipping treatment with the different concentration of grounding agent.