액체암모니아를 이용한 친환경 프로세스의 셀룰로오스 섬유의 개질에 관한 연구

Abstract

섬유제품 중에는 원 재료의 성질을 변화시킴으로서 새로운 느낌을 발현 하는 경우가 종종 있다. 그 방법 중 하나로 수산화나트륨에 의한 셀룰로오스 섬유의 개질 방법으로 머서화 가공이 있다. 머서화 가공은 영국의 화학자 John Mercer경의 이름으로부터 명명 되어졌는데 면직물을 알칼리 처리하면 팽윤수축이 일어나고 염색성이 향상됨을 알고 연구 개발하여 상용화까지 만들어 낸 면섬유의 개질화 가공법이다. 이 가공법의 특징으로는 면섬유의 물성이 좋아지고 염색성이 좋아지며, 고급스러운 광택감을 발현한다. 그러나 개질을 위한 매개체로 수산화나트륨을 사용함으로서 품질의 안정성 유지 및 폐수 발생 문제에 대한 해결 방안이 고민이 되었다. 셀룰로오스 섬유의 개질 방법 중 사용된 가스를 회수하여 재사용 할 수 있는 암모니아를 활용한 방법이 연구 개발되어 세계적으로 상용화 단계에 접어들었다. 본 연구에서는 상용화 과정에서의 액체암모니아에 의한 셀룰로오스 섬유의 변화 상태를 관찰하기 위하여 셀룰로오스 섬유를 대표하는 면과 레이온 소재를 가지고 상용화 설비를 활용하여 염색 및 가공을 완료 한 후에 결정구조 변화, 색상강도 변화, 기본물성 변화 및 원사의 표면과 단면의 변화를 관찰 하였다. 액체암모니아 처리에 의해서도 수산화나트륨 처리와 같이 화학적 변화를 일으켜 물성 및 구조의 변화를 일으켰다. 강신도의 변화에서는 미처리 시료에 비해 강신도가 증가 한 것으로 나타났으며 결정구조 변화에서는 뚜렷한 구조의 형태를 갖는 것이 아니라 혼재된 형태로 나타났다. 원인으로는 액체암모니아 처리 후 진행 된 염색 및 가공 조건에 의해 가역반응이 일어나 혼재된 것으로 예측 된다. 역학적 특성을 관찰한 내용은 액체암모니아 처리 시료가 미처리 및 머서화 가공 처리 시료대비 착용감, 옷의 맵시 및 촉감 등이 양호해진 것으로 관찰 되었다. 보다 유연하고 부드러우며 과하지 않은 표면의 광택감은 액체암모니아 처리원단의 특성이다. 면섬유와 레이온섬유의 변화 정도를 보면 면섬유가 보다 큰 폭으로 변화며 고유의 특성을 보여주는 반면에 레이온은 미미한 수준으로 변화를 보였다. 액체암모니아를 염색 전, 후로 나누어 처리하여 변화를 관찰 하였으나 유사 수준의 결과를 얻었다. 전반적으로 수산화나트륨 처리 원단에 비해 액체암모니아 처리 원단의 특성이 다소 약하게 발현된다. 이와 같은 이유 중의 하나는 상용화 과정 중 역반응에 의해 그 효과가 감소한다고 본다. 상용화 과정에서도 효과를 극대화하기 위한 많은 연구 개발 활동이 필요하다.|Among textile products, new textures are often expressed by changing the properties of raw materials. One of the methods is mercerization, a method of modifying cellulose fibers with sodium hydroxide. Mercerization was named after a British chemist, Sir John Mercer. It is a modified processing method of cotton fibers that has been researched, developed, and commercialized after realizing that when cotton is treated with alkali, swelling and shrinkage occurs, and dyeability is improved. The characteristics of this processing method are that the physical properties of the cotton fibers and dyeability are improved, and a luxurious gloss is expressed. However, due to the usage of sodium hydroxide as a medium for reforming, maintaining quality stability and wastewater being generated became a problem. Among the methods of reforming cellulose fibers, a method using ammonia that can be reused by recovering the used gas has been researched and developed, and has entered the commercialization stage worldwide. In this study, commercial facilities were used with cotton and rayon materials, which represent cellulose fibers, to observe changes in crystal structure, basic physical properties, color strength, surface and cross-sections of fiber. Hence, I expect to observe the state of change of cellulose fibers with liquid ammonia during the commercialization process. Liquid ammonia treatment also caused chemical changes like sodium hydroxide treatment, resulting in changes in physical properties and structure. In the changes of physical properties, the strength and elongation were increased compared to the untreated sample, and in the change of structure, the crystal structure appeared as a mixed form instead of a distinct structure. For such phenomenon, it is predicted that the dyeing and finishing conditions that were held after liquid ammonia treatment caused a reversible reaction, resulting the mixed form structure. As for the observation of the mechanical properties, it was observed that the liquid ammonia-treated sample had better comfort, fit and feeling compared to the untreated and mercer-processed samples. A more flexible, soft, and non-excessive surface gloss is a characteristic of liquid ammonia-treated fabrics. keyword : cellulose fiber, liquid ammonia, mercerization