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1. 셀룰로오스계 섬유
셀룰로오스계 섬유에는 면, 마, rayon(polynosic), cupra로 된 직물이 있다.
rayon에는 staple 직물 외에 필라멘트 직물이 만들어져 섬유가공에 있어 처리·취급이 다르다.
셀룰로오스 직물의 가공은 비교적 오랜 역사를 가지고 있으며 섬유가공에서 차지하는 비중이 크며,
매우 중요한 가공이라고 볼 수 있다.
셀룰로오스 직물의 가공에 있어서는 정련, 표백, 머서화 가공, 수지가공, 발수가공, 난연가공 등의
화학적 처리가공이 많이 행해지고 있다.
이것은 셀룰로오스 섬유가 화학적인 반응성이 풍부하게 이용되기 때문이다.
셀룰로오스 직물가공의 근본적인 원리를 알기 위해서는 섬유 고분자의 조성과 각종 시약에 의한
미세구조의 변화나 셀룰로오스 분자의 반응성에 관한 기초적인 지식을 갖는 것이 필요하다.
그리고 셀룰로오스 섬유에는 천연섬유로서 면과 마가 있고, 재생 섬유로서는 보통 레이온, 강력 레이온, 큐프라, 폴리노직 등이 있다.
이들은 같은 셀룰로오스 분자로 되어 있으면서도 미세구조와 물성이 다르게 되어 있으므로 반응이나 처리효과에도 상이함을 알 수 있다.
1-1. 면·마섬유의 특성
면·마섬유는 셀룰로오스로 되어 있어 물리적, 화학적 성질은 아주 비슷하지만, 섬유로서의
성질에는 약간의 차이가 있다.
면섬유는 면종자에서 생긴 것으로 소량의 펙틴, 단백질, 유지 이외는 순수한 셀룰로오스로 되어 있다.
한편 마섬유는 대마, 황마, 아마, 저마 등의 여러 종류가 있으나 모두가 식물의 인피에서 정제된 것이며, 의복 재료로서는 아마, 저마가 중요하다.
이들은 마과에 속하는 식물의 인피를 물리적, 화학적으로 처리하여 그의 구성 성분인 셀룰로오스를 취한 것으로 정련전에는 펙틴, 색소 등의 불순물을 면보다 많이 함유하고 있다. 마섬유는 면섬유보다 견고하고 염료, 가공 약품의 침투가 곤란하다.
셀룰로오스 분자의 하이드록실기는 평행하게 인접하고 있는 분자를 끌어당기는 작용을 하는데,
이 힘에 대한 외력에 따라 가소성이나 탄성이 생기며 이는 비결정 부분에서 일어나고 있다.
즉 무명을 물에 담그면 친수성 하이드록실기에 의하여 비결정 부분의 간격에 물이 침투하여
그 부분의 간격이 현저히 넓어지므로 섬유가 팽윤하며, 미세한 실 모양의 분자는 움직이기 쉽게 된다. 이를 다림질하면 수분이 제거되어 더욱 가소성이 되고 형태가 고정된다.
주름을 제거하는 다림질, 광내기, 방축가공 등은 이 성질을 이용한 것이다.
셀룰로오스의 하이드록실기는 알코올의 성질을 나타내므로 에테르화(etherification) 된다.
이 성질은 섬유의 개질에 의한 방수가공 등에 이용된다.
면섬유는 열에 대해서 비교적 안정한 편인데 140℃까지는 현저한 변화가 없으나 그 이상이 되면 점차 취화가 일어난다.
160℃ 이상으로 되면 분자내 탈수가 시작되어 황색으로 변하고, 210℃가 되면 갈색으로 변하며,
390℃ 이상으로 되면 불이 붙어 연소한다. 면섬유는 일반적으로 알칼리에는 강하나 산에는 약하다.
면섬유는 상온의 1∼3% 무기산용액에도 작용을 받으며, 70∼100℃로 열을 가하면 셀룰로오스의
글루코시드(glucoside) 결합(―O―) 점에서 가수분해가 일어나 하이드로 셀룰로오스로 되어 약해진다. 또한 진한 황산에 면섬유를 처리하면 용해되어 점액으로 되는데 여기에 다량의 물을 가하면 아밀로이드(amyloid), 셀로덱스트린(cellodextrine)으로 되어 침전되는데 이 성질을 이용하여 면섬유의 의마가공에 이용하고 있다.면섬유의 알칼리에 대한 저항성은 비교적 강하여 냉·온 어느 쪽에서도 1∼3%의 수산화나트륨 용액에 작용을 받지 않으나, 알칼리 용액에서 끓이는 도중 공기중의 산소와 작용하면 옥시셀룰로오스(oxycellulose)로 되어 약해지므로, 정련, 표백, 염색 또는 머서화 작업시에는 매우 주의해야 한다. 5% 이상의 수산화나트륨 용액에서는 섬유가 팽윤하기 시작하고, 10% 이상에서는 점차 천연 꼬임이 풀어져서 길이가 짧아지고 지름이 커지며, 중공이 적어지고 부피가 증가하여 염료나 약제의 흡수가 쉬워지며 15%에서 최대의 효과를 나타내고 점차 알칼리 셀룰로오스로 되나, 고온(100℃ 이상)에서의 알칼리의 작용은 면섬유를 파괴시킨다. 긴장 상태에서 13∼15℃로 위와 같은 처리를 하고 물로 씻으면 셀룰로오스는 수축하지 않고, 견섬유와 같은 광택을 내는데 머서화 가공은 이 성질을 이용한 가공 방법이다.
아마섬유의 내산성은 면섬유보다는 조금 강하나 내알칼리성은 약한 편이다.
1-2. 면·마섬유의 일반가공 공정
면직물 및 다른 종류의 섬유와의 혼방직물에 있어서 후가공은 가공능률을 올려 균일한 제품을 얻기 위해
연속식으로 행한다.
면직물의 종류, 가공목적, 용도에 따라 다르지만 후가공의 대표적인 공정을 들면, 다음과 같다.
① 면·마직물의 머서화가공
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준비 |
→ |
모소 |
→ |
호발·정련 |
→ |
표백 |
→ |
머서화가공 |
→ |
염색 |
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→ |
건조 |
→ |
수지가공, 방축가공 |
→ |
검사 |
→ |
포장 |
→ |
출하 |
② 면·마직물의 호부착 가공
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준비 |
→ |
모소 |
→ |
호발·정련 |
→ |
표백 |
→ |
머서화가공 |
→ |
염색 |
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→ |
호부 |
→ |
폭내기, 건조 |
→ |
광택내기 |
→ |
검사 |
→ |
포장 |
③ 폴리에스터와 면·마 혼방직물의 섬유가공
면직물의 머서화 가공과 거의 같으나 직물의 형태를 유지시키기 위해서 염색에 앞서
열고정(heat-set)을 한다.
1-3. 주요 섬유가공 공정과 기계
(1) 모소
직물표면의 잔털을 태워 조직을 선명하게 하는 공정을 모소라 한다. 모소는 원칙적으로 생지상태에서 한다. 타기 쉬운 얇은 직물이나 녹기 쉬운 섬유로 된 직물에는 적당하지 않다. 모소기에는 열판 모소기와 가스 모소기(그림 1-1) 등이 있으나, 가스 모소기는 조직내의 잔털까지 태워 버릴 수 있기 때문에 널리 사용된다. 직물은 미리 실린더에서 건조되고, 브러시로 잔털을 일으켜서 버너에서 모소를 한다.
태워진 잔털은 브러시로 직물면에서 떨어져 물이 들어 있는 소화조 또는 증기실로 보내진다.
직물의 진행속도는 버너가 1개 일 때는 약 100m/분, 2개일 때는 200m/분 정도이다.
모소기에는 작업 중에 정체나 기계의 고장이 생겼을 때의 안전장치를 설치해 직물의 연소를
방지하도록 되어 있다.
(2) 실켓 가공
면직물을 수산화나트륨 용액(18 ∼ 25%)에 긴장시킨 채 저온(5 ∼ 18℃)으로 단시간 처리해
수세한다.
이와 같은 처리를 실켓 가공이라 한다. 이 처리에 의해 면의 천연 꼬임은 없어지고 현저하게 팽윤된다.
단면은 거의 원형으로 투명도도 증가해 견과 같은 광택이 된다. 동시에 강신도도 증가하고 염료·약품의 흡수도 10∼25%가 좋아진다.
실켓 가공기는 수산화나트륨의 침지, 면포를 균일하게 짜는 장치, 세로·가로방향으로의 긴장장치, 수세·세정·산중화 등을 행하는 수세장치로 되어 있다.
실켓 가공기에는 클립 폭내기식과 체인리스(chainless)식 등이 있다.
일본에서는 직물의 폭을 고정시키기 위해서 주로 클립 폭내기식을 이용하고 있다. 체인리스식은
직물의 양변을 찢어지게 할 염려가 없어 얇은 직물이나 직물 폭이 다른 직물의 연속가공에 적합하다.
자세한 사항은 머서화 가공에서 다시 언급하기로 하겠다.
(3) 호부
호부의 목적은 직물의 외관 및 촉감을 개량하는 것이다.
즉 직물에 필요한 만큼의 딱딱함을 부여해 섬유조직사이의 틈을 막아 빽빽하게 해 얇은 직물에 두꺼운 느낌을 갖게 하고, 더욱 캘린더 효과를 높인다.
면직물은 증량하기 위한 전분계의 풀에는 증량제를, 백지에서 마무리하는 경우에는 형광 증백제를 풀에 혼합한다. 최근에는 호부 대신에 수지가공을 하고 있다. 호부에는 다음과 같은 방법이 있다.(그림 2-2)
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| (1) 전체호부 |
(2) 단면호부 |
(3) 프릭션 호부 |
1) 전체 호부
직물을 호부 액중에 넣어 맹글(mangle)에서 여분의 호부를 짜서 직물 전체에 호부하여 건조 또는
폭내기를 해가면서 건조시킨다.
2) 단면 호부
직물의 안쪽만 호부하는 방법이다.
비교적 진한 풀로 직물표면에 풀이 나오지 않도록 균일하게 호부하고, 텀블러 건조기로 건조시킨다.
3) 프릭션 호부
비교적 뻣뻣하게 마무리할 때나 천이 두꺼워 호부하기가 어려울 때, 풀을 문질러 발라서 직물의
내부까지 호부하는 방법이다.
(4) 폭내기
염색·후 가공에 있어서는 직물은 세로방향으로 인장되어 폭이 좁아지기 쉽다. 따라서 포폭을 넓혀
소정의 폭으로 정비할 필요가 있다. 이 조작을 폭내기라 한다.
1) 패딩(Padding, 給濕)
셀룰로오스계 섬유는 수분을 흡수하면 가소성이 높아지기 때문에 급습 후에 폭내기를 한다.
급습에는 증기급습과 분무급습 등이 있다.
2) 텐터 폭내기
패딩한 직물을 텐터에 통과시키면 건조되어 직물폭이 고정된다.
텐터는 1대의 레일과 거기에 따라 주행하는 순환식의 체인과 체인 위에 부속한 직물의 변을 유지하는
장치 및 건조설비로 되어 있다.
변을 유지하는 장치는 형식에 따라 클립 텐터와 핀 텐터로 크게 나눈다. 직물의 변이 클립 또는 핀이
있는 위치에 정확히 맞도록 조절하는 텍스터 가이드(texter guider, 그림 2-3)가 텐터의 직물도입부에 붙어 있다. 또, 핀 텐터의 입구에 오버피드를 부착한 오버피드 텐터가 있다.
이 텐터는 세로방향의 무긴장 가공을 필요로 하는 수지가공, 열고정 등에 없어서는 안될 중요한
텐터이다.
(5) 광택내기
면직물에 광택을 내는 방법에는 실켓가공 외에 열과 습기를 주면서 강한 압력으로 직물을 평활하게 해서 광택을 내는 캘린더 광택내기가 있다.
* 캘린더 광택내기
로울러 사이에서 직물을 강압해 표면에 광택을 주는 기계를 캘린더(calondar)라 한다.
캘린더의 로울러에는 전기 또는 가스로 가열(120∼150℃)되는 금속 로울러와 비금속(종이나 면) 로울러 즉 보울(bowl) 등이 있다. 캘린더에 통과시키기 전에 풀이나 합성수지 등을 직물에 부여시켜 두면, 좋은 광택내기 결과를 얻을 수 있다.
1) 로울러 캘린더
로울러의 표면이 평활하고 그 수는 2∼12本의 여러 종류가 있어 일반적으로 사용된다.
보울의 재질(종이나 면)이 바뀜에 따라 특유한 광택을 낼 수 있다. 로울러 캘린더 중, 직경이 큰 보울을 2∼3本 조합시킨 것을 포프린(poplin) 캘린더라고 하고, 실켓가공한 면 포프린에 우아한 광택을 준다.(그림 2-4)
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A,B,D : 면 또는 종이 보울, C : 철제 가열 로울러, E : 주철제 가압 로울러 |
2) 엠보싱(Embossing) 캘린더
금속 로울러에 무늬를 조각해 면보울과 같은 연질 로울러와 조합한 것이다.
직물을 로울러에 통과시켜 가열·가압시키면 광택에 의한 무늬를 부여할 수 있다.
3) 프릭션(Friction) 캘린더
금속 로울러가 직물의 진행속도보다도 50∼100% 빨리 회전시켜, 직물표면을 강하게 누르면서 마찰시켜 강한 광택을 부여한다.
4) Shreiner 캘린더
엠보싱 캘린더의 일종으로 다수의 가는 선이 조각돼 있는 금속 로울러와 면보울사이에 고온과 고압을 가해 직물표면에 가는 선을 압형시켜 강하고 우아한 견과 같은 광택을 주는 캘린더이다.
5) 펠트(Felt) 캘린더
순환하는 felt와 캘린더사이에 직물을 끼워 가압해 건조와 동시에 온화한 광택을 낼 수 있다.
(6) 방축가공
직물을 세탁하면 줄어드는 경향이 있기 때문에 미리 직물을 강제적으로 수축시킨 후에 줄어들지
않도록 하는 기계적인 가공법으로 산포라이징(sanforizing)가공이 있다.
이 가공기는 먼저 습기를 부여하여 섬유를 가소성으로 하고, 기계적으로 직물을 수축시키면서,
건조시켜 직물을 고정시키는 3 단계로 구분 되어 있다.
방축기에는 펠트 블랭킷(felt blanket)식과 러버 밸트(rubber belt)식이 있는데 전자는 중, 후직물 이상의 면직물에 적합하고 후자는 얇은 박직물에 적합하다.
직물은 분무실에서 급습된 후 가열 실린더를 통과해 클립 텐터에서 폭을 정돈한다.
다음으로 피드 로울러(feed roller)상의 두꺼운 블랭킷이 있는 둘레를 따라 들어가, 전열(電熱)로 가압된 슈(shoe)의 밑을 지나, 가열 압축된 팔머(palmer) 가열 실린더에 접해 수축한 채로 건조된다.
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그림 2-5. 방축기의 구조 및 펠트 블랭킷식 원리 |
고무 벨트식은 주 드럼과 가압 로울러 사이에 있는 고무 벨트가 가압 로울러에 따라 완곡하게 압축되어 방축된다. 그림 2-5은 방축기의 구조 및 펠트 블랭킷식 원리를 나타낸 것으로 직물 A는 화살표 방향으로 진행하여 자동 유도 로울러 1, 급포 조절 로울러 2에 유도되어 분무식 급수관 3, 4 및 증열실 5에서 급습되어 직물의 변형이 제거됨과 아울러 예비 수축된다.
다음에 1.5m 정도의 짧은 클립 텐터 6에 의하여 경사와 위사의 장력이 조절된다.
급포 로울러의 지름은 작으므로 급포 로울러 위에서 블랭킷의 바깥쪽(직물)은 늘어나고 안쪽(로울러)은 줄어든다(ab>c`d`). 이어서 블랭킷이나 직물이 팔머 드라잉 실린더 8을 따라서 이동하면 블랭킷이나 직물의 굽어지는 방식이 변하여 먼저 블랭킷이 줄어든 쪽(급포 로울러쪽)은 반대로 늘어나고 늘어난 쪽은 반대로 줄어든다(a`b`수축된 직물은 8을 지나 진락장치 11을 거쳐 운반차에 떨어지든지 분무식 급수관 9로 다시 급습되어 보조 슈링커 10을 지나 진락장치 11을 거쳐 운반차에 떨어진다.
2. 레이온(rayon) 직물의 섬유가공
2-1. 섬유가공의 요건
레이온 필라멘트 직물은 흡습성이 풍부하며 광택은 있으나 탄성이 부족해 주름이 잡히기 쉽다.
또 촉감이 딱딱하고 찬 느낌이 든다. 레이온 필라멘트 직물의 후가공 목적은 이 결점들을 개선시켜 견직물의 촉감으로 가공하는 것이다.
레이온 필라멘트 직물은 직물의 조직 중에 공기를 함유하고 있기 때문에 보온성이 크고, 촉감도
유연하지만, 강한 광택은 없고 주름이 발생하기 쉽다. 보통은 수지가공을 해서 방추·방축성을 부여해 bulky성과 탄성을 갖게 하고, 모직물에 가까운 촉감으로 섬유가공 한다. 폴리에스터와의 혼방직물의 수지가공은 직물의 형태고정을 목적으로 하는 열고정(heat-set)과 레이온의 성능향상을 겸해서 가공을 한다. 레이온 직물은 일반적으로 마찰에 약하고, 수분을 흡수하면 팽윤하며, 직물의 조직이 빽빽해지고 강도가 떨어진다. 따라서 가공중에 무리한 장력을 피해 접히거나 마모되지 않도록 하는 것이 중요하다.
2-2. 섬유가공공정
레이온직물은 일반적으로 가는 필라멘트로 되어 있고 습윤강도가 낮기 때문에 가공할 때 섬유의 상해가 일어나지 않도록 세심한 주의가 필요하다.
가공공정의 예를 다음에 나타낸다.
(1) 레이온 필라멘트 직물의 일반 섬유가공(예)
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준비 |
→ |
호발 |
→ |
정련 |
→ |
염색 |
→ |
건조 |
→ |
수지가공 |
(2) 폴리에스터와 레이온 staple 혼방직물의 일반 섬유가공(예)
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준비 |
→ |
모소 |
→ |
호발 |
→ |
건조 |
→ |
열고정 |
→ |
염색 |
|
건조 |
→ |
수지가공 |
→ |
decatizing |
→ |
검사 |
→ |
포장 |
2-3. 주요 후가공 공정과 기계
(a) 건조
레이온 직물은 긴장한 채로 건조시키거나 너무 많이 건조시키면 직물의 촉감이 거칠고 뻣뻣해지기 때문에 80∼100℃의 무긴장 상태로 건조시킨다.
(b) 건조·폭내기
직물의 폭을 일정하게 정돈해 조직의 비뚤어짐을 고치고 세로·가로의 장력을 조절하기 위해 증기급습 후 텐터에서 폭내기를 한다.
(c) 캘린더 걸기
주자직 직물 등은 종이로 만든 bowl 사이를 통과해 표면을 평활하게 하고 동시에 광택을 개선한다.
보통의 직물은 felt 캘린더로 가볍게 압포해서 광택을 낸다.
(d) decatizing(decating)
직물을 실린더 등으로 감아 올린 상태로 증열해 급냉시켜, 촉감이나 직물의 형태를 변하지 않게 하는 것을 decatizing이라 한다. 조젯트 crape 같은 얇은 강연사직물 등은 단시간의 이 처리에 의해 유연한 촉감과 우아한 광택을 얻을 수 있다.
또 포목의 정리, 꼬임을 방지하고, 변형의 제거 등의 효과도 있다.
(e) 수지가공
면직물 수지가공과 동일하다
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