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신일기업사
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2007-10-01 08:53:06, 조회 : 15,704, 추천 : 3674 |
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섬유산업에서의 플라즈마 처리기술
섬유정보센터
2007-09-28
섬유정보센터
2007-09-28
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Q : 플라즈마 처리기술이란?
A : 플라즈마 기술은 화학적 가공공정에 비해 친환경적이고 결과가 우수하다. 최근에 플라즈마 기술을 섬유공정에 적용하는 사례가 증가하고 있다.
물질 중에서 가장 낮은 에너지 상태인 고체에 열을 가하여 온도가 올라가면 액체가 되고 다시 열에너지가 가해지면 기체로 전이를 일으킨다. 계속해서 기체가 더 큰 에너지를 받으면, 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어 지며 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아진다. 이러한 전기적으로 중성을 띄는 상태를 플라즈마라고 한다.
이러한 플라즈마의 예는 조명등으로 사용하고 있는 형광등과 길거리에서 흔하게 볼 수 있는 네온사인 그리고 자연현상으로는 소나기가 쏟아지면서 자주 발생하는 번갯불과 같은 것들이 있으며 북극지방 밤하늘에 발생하는 오로라(AURORA)도 플라즈마가 나타내는 빛이라고 볼 수 있다. 플라즈마에 따라 자유전자, 이온, 라디칼 UV 입자로 구성되어 있으며, 플라즈마 입자는 직물의 기능적 특성 변형을 위해서 나노 스케일로 직물 표면에 에칭을 가한다. 일반적인 공정과는 다르게, 플라즈마는 섬유 내부의 구조에는 영향을 주지 않고 직물 표면에만 처리를 가한다. 플라즈마 가공을 통해 섬유의 표면 특성 개질, 기능성 부여를 위한 화학물질 첨가 등이 가능하다.
Q : 이 기술은 어떻게 적용되는가?
A : 섬유가공을 위한 플라즈마 전리를 유도하기 위해서는 여러 가지 방법이 있다.
· 글로방전(Glow-discharge), 저압 기체 중의 전기 전도 현상. 전계가 어떤 값 이상이 되면 발생하며, 발광을 수반하지만 발열 또는 전극의 증발이 없는 이 방전은 양이온의 충격에 의해 음극으로부터 방출되는 2차 전자로 유지된다. 음극 온도는 낮으며 이 2차 전자 방출이 열전자 방출보다 많다.
· 코로나 방전(Corona discharge), 전극 표면의 기체 입자가 이온화함에 따라서 생기는 진동 현상. 이러한 방전은 사용 전압이 높을수록 발생하기 쉬우나 원리적으로는 도체 표면이 거칠어서 전위 분포가 평탄하지 않은 곳이 있으면 그리 높은 전압이 아니라도 생기기 쉽다. 코로나 방전은 전자파를 발생하여 전파 방해를 일으킨다.
· 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge), 이 방전의 특성은 유전체층을 두 전극중의 하나, 또는 모두에 설치하는 것이다. 유전체는 방전의 적당한 기능을 부여하는데 중요하다. 방전 전극간의 한 위치에서 이온화가 일어나면 운반된 전하들이 유전체에 축적된다. 이러한 전하에 기인한 전장들은 전극간의 전장을 감소시키고 수 나노초가 지난 다음 전류의 흐름이 차단된다. 전류의 펄스 지속시간은 압력, 가스의 이온화 특성 및 유전체의 특성에 의존한다. 유전체는 두 가지 기능을 가진다. 유전체는 한 마이크로방전에 의해 전해진 전하의 량을 제한하고 마이크로 방전이 전극 전체로 퍼지도록 하는 것이다. 이 방식의 가장 큰 특징은 방전공간 상에 국부적으로 전류밀도가 높은 streamer에 의한 마이크로 방전이 존재한다는 것이다. 이러한 스트리머는 오존발생기(Ozonator) 등을 위한 용도로는 적합하나 표면 개질을 위한 용도로는 처리 공간상의 불균일성이라는 한계점을 가진다.
저온 플라즈마 기술은 산업용으로 적용되고 있으며, 직물의 발호, 기능성 부여, 섬유소재의 표면특성 개질 등으로 적용되고 있다.
Q : 이 가공처리를 통해서 직물에는 어떤 특성이 부여되는가?
A : 기능성 개질이 가능하다. 친수성의 면에서는, 플라즈마 처리를 한 폴리에스터, 폴리프로필렌, 울은 습윤성 향상과 표면의 물방울 형성 능력이 좋아졌다.
헥사메틸디옥실란(hexamethyldisiloxane)을 이용하여 면직물에 플라즈마 처리를 하는 소수성 가공은 수분과의 접촉각을 높여 면직물의 표면을 소프트하게 한다. 또한 플라즈마 처리를 통해 소재에 대한 염료 친화성과 화학 코팅제 흡착력을 향상시킨다.
제품의 질적 특성에서는, 산소 플라즈마는 울에 친환경적인 항펠팅(anti-felting) 효과를 주며, 다른 플라즈마의 경우는 UV 보호, 항미생물, 의료, 방염성 등과 같은 특수 기능을 부여한다.
Q : 장점은 무엇인가?
A : 섬유에 플라즈마 가공처리는 기존의 화학적 가공법에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 우선 소재의 표면 처리만이 가능하며, 섬유소재의 고유한 특성 변화없이 표면의 특성을 최적화하는 것이 가능하다.
또한 유해한 물질이 발생하지 않는 친환경적인 공정이며, 제품 생산시 고객의 요구에 맞는 다양한 가공처리가 가능하다.
Q : 어떻게 적용가능한가?
A : 플라즈마 처리용 기계는 이미 시중에 나와 있다. 그러나 다양한 종류의 소재를 위한 플라즈마 처리기술은 아직 대중화가 되어있지 않는 상황이다. 따라서 플라즈마 기술은 섬유와 의류 표면 처리가공에서 새롭게 시도해 볼만한 기술이다.
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