I. Introduction
인터넷과 IT산업의 발달로 인한 세계화로 소비자 의 요구가 더욱 신속하고 다양해짐에 따른 사회적, 문 화적 변화에 유기적으로 대응할 수 있는 디지털 텍스 타일 프린팅 시스템은 차세대 시스템으로 주목을 받 고 있다(Cho, 2008).
디지털 텍스타일 프린팅은 디자인에서부터 날염까 지의 공정을 디지털화함으로써 제도, 제판의 복잡한 과정 없이 잉크젯프린터를 이용하여 디지털 방식에 의해 날염하는 것이다. 즉, 기존의 복잡한 날염공정을 획기적으로 단축함으로써 환경문제를 개선하고, 고부 가가치의 다품종 소량생산이 가능하게 한 혁신적인 날염방식이다(Chung, 2004).
특히 승화전사 프린트는 분산염료만 가능하기 때 문에 분산염료와 친화력을 갖고 있는 합성섬유 전용 날염방법으로써 승화성 분산염료를 사용하여 디지털 텍스타일 프린팅을 하는 것이 승화전사 디지털 텍스 타일 프린팅 방법이다(Cho, 2010a).
나일론의 경우, 염료를 밀어내는 성격이 있어 전사 가 거의 불가능했기 때문에 폴리에스테르 전사 날염 시장에 한정됐던 DTP 시장이 최근 친환경 나일론 전 사를 통해서 새로운 시장 확대와 경쟁력을 강화하고 있는 실정인데, Yun(2016)의 자료에 따르면 국내 중 소기업에서 나일론 섬유에 무공해 수성 분산잉크를 사용해 전사날염을 할 수 있는 기술을 세계 최초로 개 발 상용화 했으며, 나일론 및 혼방섬유 등에 전사 날 염을 할 수 있는 잉크, 나일론 승화전용지도 함께 출 시되었다. 또한 이 전사기술은 기존 폴리에스테르 전 사방식으로 나일론 및 혼방섬유에 대해 전처리, 후가 공 처리 없이 전사날염 후 선명한 색상 및 높은 수준 의 제반 견뢰도를 보장해준다고 하였다.
Kim(2016)은 나일론 전사지는 전 세계에서 국내업 체만이 유일하게 기술을 보유하고 있고, 섬유 프린팅 용 특수지 시장은 매년 20% 이상씩 성장하는 고성장 분야이며, 세계적으로 7만톤 규모(약 1천 400억 원)의 시장을 형성하고 있지만, 향후 시장이 확대돼 2020년 에는 20만톤 규모(약 4천억 원)에 달할 전망이라고 하 였다.
하지만 이러한 글로벌 시장확대의 가능성에도 불 구하고, 나일론 승화전사 디지털 프린팅에 관한 디자 인의 출력과정에서 발생하는 color 재현성 및 견뢰도 에 관련된 연구는 미흡한 실정이다.
Park, Jeon, Park, Lee, and Park(2009)은 섬유산업 에서 디지털 color의 사용을 가장 많이 적용하는 DTP 공정에서 color의 제어 및 재현성 문제는 개발 당시부 터 현재까지 해결해야 할 부분이 많이 남아 있는 연구 분야라고 하였고, Cho(2015)는 현재 국내에서 활발히 사용되는 디지털 텍스타일 프린팅은 폴리에스테르 원 단에 프린팅하는 디지털 전사 프린팅 방식이 가장 활 발히 사용되고 있기 때문에 승화전사의 컬러 분석이 무엇보다 중요하다고 하였다.
또한 승화전사에 관한 선행연구는 폴리에스테르 원단을 이용한 승화전사 디지털 텍스타일 프린팅의 최적의 전사조건에 관한 연구(Cho, 2010b)와 디지털 전사 프린팅 폴리 새틴 원단 색차분석에 관한 연구 (Cho, 2015), 폴리에스테르 원단을 주소재로 승화전 사 디지털 프린팅을 활용한 우산디자인 개발에 관한 연구(Cho, 2010a), 분산염료에 의한 폴리에스테르섬 유의 전사염기법에 관한 연구(Kim, 1998), 열승화성 분산 염료의 입도가 전사성능에 미치는 영향에 관한 연구(Lee, Park, Jeong, Moon, & Lim, 2003)가 있다.
따라서 본 연구에서는 나일론 승화전사에 적합한 온도와 시간을 측정한 후, 나일론 승화전사 인쇄 시료 의 염색성, 색상변화, 첨예도, 마찰 견뢰도를 확인하 기 위해 폴리에스테르 원단에 폴리에스테르 전용 전 사지를 사용한 것과 비교․분석하고자 한다. 또한 아 직도 개발이 지속되고 있는 나일론 전용 전사지의 현 시점에서의 활용가능성과 차후 보완이 되어야 할 부 분에 대하여 알아보고, 연구결과를 토대로 일관된 고 품질의 나일론 승화전사 디지털 프린트를 생산할 수 있도록 제안하고자 한다.
Ⅱ. Theoretical Background
1. Sublimation transfer digital textile printing
승화전사 프린트는 분산염료만 가능하므로 분산염 료와 친화력을 갖고 있는 합성섬유 전용 날염방법으 로 대부분의 폴리에스테르 섬유와 아크릴 섬유, 아세 테이트 섬유 트리아세테이트 섬유와 같이 비교적 내 연성이 좋은 화학섬유에 가능하다(Kim, Jeong, & Sin, 1994). 하지만 나일론섬유의 경우 승화전사 방식 을 적용하면, 원단에 인쇄되는 패턴의 색감이 매우 떨 어지고 염색 견뢰도가 좋지 않은 문제점이 있다 (Hong, Nam, & Han, 2010). 승화전사는 승화성 분산 염료를 사용하여 최초로 종이 위에 프린트를 실행하 는데, 프린트된 종이는 원단과 함께 열전사기를 통과 시켜 열과 압력을 가한다. 이때 고열을 가하면 고체 상태의 분산염료가 기체상태로 승화하여 원단에 전사 된다(Kim et al., 1994).
이러한 승화전사 날염 방식은 잉크의 종류, 전사지, 원단의 종류 및 열처리에 매우 큰 영향을 받는다. 특 히 나일론은 열처리에 의해 나일론사의 결정과 비 결 정 영역의 크기와 분자의 배향성을 변형시키는 등 미 세구조가 물리적으로 변화된다(Jeong, Lee, & Lee, 2002).
2. Color reproducibility of digital textile printing
디지털 텍스타일 프린팅의 컬러 재현성에 관한 연 구는 다양하게 전개되고 있는데, Han and Yi(2010)의 디지털 텍스타일 프린팅 직물의 색채 구현성 분석 연 구에서는 견직물과 면직물을 대상으로 디지털 텍스타 일 프린팅에서의 공정 처리에 따른 전반적인 색차와 CIELAB의 차이 변화, 색상, 색조 별 색채의 차이를 분석함으로써, 견직물과 면직물에 따라 원하는 색채 를 구현하기 위해서는 각 직물별 색상 밸런스의 변화 추이를 파악하여 소프트웨어에서의 색상값을 조절하 여야 함을 제안하고 있다.
피그먼트로서 피 인쇄물인 섬유의 종류에 구애 받 지 않고 사용할 수 있는 나노 컬러런트에 의한 DTP 색채 분석 연구(Cho & Kwak, 2008)에서는 6가지의 소재를 대상으로 디지털 텍스타일 프린팅을 한 후 제 작된 컬러 변환 테이블(Color Transformation Table, CTB)의 기본 컬러 팔레트를 대상으로 측색에 의한 색채 데이터를 수집하여 분석하였는데, 색상의 특성 은 먼셀 색체계 10색상을 기준으로, 색조의 특성은 Practical Color Co-ordinate System(PCCS)의 12색조 로 분석하였다.
로진 전처리가 DTP에서 미디어의 프린팅성에 미 치는 영향에 관한 연구(Park, Jeon, Park, Lee, & Cho, 2011)는 염색성을 높이기 위한 섬유공학분야의 연구 로서 옵셋 인쇄에서 잉크 캐리어 역할을 하여 인쇄속 도를 증가시키고, 프린팅 품질이 향상되는 것으로 알 려져 있는 로진(Rosin)의 농도를 달리하여 전처리한 후, DTP 날염물의 염색성 및 색상변화에 대하여 연구 하였는데, 피그먼트 잉크로 면시료와 실크시료를 프린 팅할 때, 로진 처리 시료가 미처리 시료보다 높은 K/S 을 나타냈으며, line의 번짐현상이 감소하여 sharpness 가 향상되는 결과를 제시하였다.
Park, Kim, Kwon, and Jeon(2007)의 디지털 프린 팅 직물지의 전처리조건에 따른 번짐성에 관한 연구 에서는 양방향 관찰이 가능한 디지털 프린팅 직물지 인 폴리에스터 Mesh 소재의 전처리 과정에서 패딩액 과 기존의 코팅액(coating spray)을 혼합하여 사용한 것이 염료 및 안료에 대해 번짐성을 방지하는데 효과 적임을 제안하고 있다.
인 화합물 처리한 폴리에스테르 DTP 매체의 날염 성과 방염성에 관한 연구(Kim, 2004)에서는 폴리에스 테르 직물의 표면을 silica 입자와 인 화합물로 처리하 여 가공한 직물이 CMYK의 잉크로 출력했을 때 번짐 을 억제하는 효과가 높아 인쇄성이 더 우수하였을 뿐 만 아니라, 방염성을 판단하는 기준인 한계산소지수 가 높은 값을 나타내어 화재에 대한 안정성도 높음을 제시하고 있다. 따라서 이와 같은 다양한 공정별 연구 결과는 디지털 텍스타일 프린팅 결과물의 컬러 재현 성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
Ⅲ. Research Methods
본 연구를 위해 1차 실험을 통하여 열처리 온도를 확인하였다. 폴리에스테르의 경우 산업체에서는 시장 성과 상품성을 고려하여 기본적으로 200℃에서 1분간 열처리를 하므로 나일론 원단에 컬러를 인쇄한 후 열 처리를 150℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃에서 1분간 진행하였다. 인쇄 결과물은 170℃ 이하에서는 승화가 덜 되어 색상이 발색되지 않았으며, 폴리에스테르처 럼 200℃ 이상의 고열을 사용할 경우 나일론 원단의 변형(Fig. 1)과 색번짐이 발생하였다(Fig. 2). 따라서 제품으로써의 가치가 있는 열처리 온도인 180~190℃ 에서 생산에 적합한 온도와 시간을 측정한 결과, 180℃, 185℃, 187℃로 각각 50초로 열전사하여 실험하였다.
또한 나일론 전사지 자체의 발색정도를 확인하기 위해서 나일론 전사지를 폴리에스테르 원단에 사용한 시료와 폴리에스테르 전용 전사지를 폴리에스테르 원 단에 사용한 것과도 비교하였다.
1. Research sample & printer
본 연구를 위한 직물 소재는 폴리에스테르 100% 평직, 나일론 100% 평직으로 선정하였으며(Table 1), 폴리에스테르 전사지는 푸른 교역의 90G, 나일론 전 사지는 푸른 교역에서 개발된 전사지 75G을 사용하 였다. 사용된 색료로는 PAPIJET(브랜드: Kyung-in synthetic Co., Ltd)으로 Cyan, Magenta, Yellow, Black 색상이 사용되었으며(Table 2), 디지털 전사날 염은 Mutoh 1604 기기를 사용하였다. 인쇄 후 열 고 정 기계는 Heat transfer machine을 사용하였으며, 립 소프트웨어는 Poster print로 진행하였다.
시료는 폴리에스테르 전사지에 인쇄하여 폴리에스 테르 원단에 승화전사한 PP, 나일론 전사지에 인쇄하 여 폴리에스테르 원단에 승화전사한 PN을 승화전사 업체에서 일반적으로 처리하는 200℃에서 1분으로 열 처리를 진행하였는데, 열승화성 분산염료의 입도가 전사성능에 미치는 영향에 관한 연구(Lee et al., 2003)에서는 전사시간의 경우 200℃에서 35sec 이상 에서 좋은 전사율을 나타내지만, 60sec 이상에서는 열 로 인한 폴리에스테르의 물리적 변형이 일어나 전사 성능에 영향을 미친다고 하였다. 그리고 나일론 전사 지에 인쇄하여 나일론원단에 187℃에서 50초로 열처 리한 시료 N1, 185℃에서 50초로 열처리한 시료 N2, 180℃에서 50초로 열처리한 시료 N3를 선정하였다.
2. Selection of color
본 연구에 사용한 컬러는 Adobe Photoshop에서 300×300dpi의 해상도로 Cyan, Magenta, Yellow, Black의 4색을 제작하였으며, 각 컬러를 폴리에스테 르 전사지와 나일론 전사지에 프린트하여 실험에 사 용하였다.
3. Sharpness & spreading of colors
번짐성을 관찰하기 위하여 경사방향으로 Black 컬 러를 각각 0.1mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm 두께로 인쇄 하여 평가하였다. 출력된 선 이미지는 고해상도 현미 경용 디지털 카메라(ProgRes C10plus)으로 400배 확 대하여 이미지 촬영을 한 후 image J프로그램을 활용 하여 첨예 효과를 분석하였다.
4. K/S measurement
시료의 염색성을 측정하기 위해 시료별 겉보기 농 도인 K/S를 측정하였다. 시료 전체 표면을 대상으로 3회 측정하여 최대흡수파장에서의 반사율로 아래의 Kubelka-Munk 식에 의해 K/S 값을 구하였다.
여기서,
5. Evaluation of color(L*, a*, b*) & color difference( ΔE)
분광광도계(datacolor 110tm)를 사용하여 D65 광 원, 10° 관찰자 시야에서 시료를 측색하여 L*, a*, b* 값을 구하였다. 기준색과 비교색 간의 색차인 ΔE값 은 CIELAB formula에 의해 아래의 식으로 구하였다. 기준색은 <Table 2>에서 제시된 L*a*b*값이며, 비교 색은 DTP로 날염된 시료의 L*a*b*값으로 각 시료별 로 색차를 평가하여 비교하였다.
6. Fastness evaluation
나일론과 폴리에스테르와 같은 합성섬유는 열에 의한 견뢰도 문제가 발생하는데, 저장보관 중 어두운 색 의 나일론 직물은 옅은 색상의 직물에 근접하여 있을 때 염료가 승화되면서 마찰에 의해 얼룩이 발생된다.
이처럼 분산염료의 열에 의한 가공공정에서의 염 색 색상 변화 및 오염을 평가하기 위하여 나일론과 폴 리에스테르의 승화전사 인쇄 시료의 마찰 견뢰도 (KSK 0650:2006)를 측정하였다.
Ⅳ. Results and Discussion
1. K/S value
<Fig. 3>~<Fig. 6>는 나일론과 폴리에스테르의 각 색상별 발색성을 평가한 것으로 cyan, magenta, yellow, black 색상으로 인쇄한 시료의 가시광선 영역 (400~700nm)의 K/S 값을 나타낸 것이다. 나일론의 온도와 시간에 따른 발색성을 평가한 결과, cyan, magenta 색상은 각각 620nm과 520nm 부근에서 최대 K/S값을 나타냈으며, 폴리에스테르보다 나일론 N1, N2가 발색이 우수하였다. Yellow, black 색상에서는 각각 440nm과 570nm 부근에서 최대 K/S값을 나타냈 으며, N2와 PP가 우수한 발색을 나타냈다. 이와 같 은 결과는 나일론 전용 전사지를 사용한 승화전사가 185℃이상에서 폴리에스테르보다 좋거나 유사한 발색 성을 보인다는 것을 알 수 있다. 하지만 180℃의 온도 인 N3은 모든 색상에서 발색이 가장 낮은 결과를 나 타냈다.
2. Color change evaluation
나일론 시료의 L*a*b* 값을 측정하고, 폴리에스테 르의 L*a*b*값을 기준으로 색차(ΔE)를 구한 결과는 <Table 2>와 같다.
폴리에스테르 원단에 폴리에스테르 전용 전사지를 사용하여 200℃에서 열처리한 PP와 나일론에 나일론 전용 전사지를 사용하여 온도처리를 다르게 한 N1, N2, N3의 경우 Cyan은 ΔE값이 평균 6.2 정도로 색 의 차이가 났다. Magenta는 N3의 ΔE값이 10.34로 색상 차이가 크게 났으며, Yellow도 N1이 10.23, N3 가 24.70로 ΔE값의 이상 색차가 매우 크게 나타났다. Black에서는 N1가 2.55, N2가 1.14로 비교적 근소하 거나 약간의 색차를 나타냈으나, N3가 15.28로 ΔE값 의 이상 색차가 매우 크게 나타났다.
하지만 폴리에스테르에 나일론 전용 전사지를 사 용하여 200℃에서 열처리한 PN과 PP의 색의 차이는 Yellow .23, Black .33으로 미약하며, Magenta .79, Cyan 1.09로 근소하였다.
K/S에서 높은 발색을 보이지만 폴리에스테르 시료 와 색차이를 보이는 이러한 결과는 나일론 전사지의 승화전사 효과가 고온의 열처리에서는 색상의 표현이 폴리에스테르와 유사하지만, 낮은 온도의 열처리를 해야 하는 나일론에서는 충분하게 표현되지 않음을 알 수 있으며, N1, N2, N3의 시료 중에서 N3의 색차 가 가장 크게 나는 것은 180℃의 낮은 열처리로는 발 색과 색의 표현이 미약하다는 것을 알 수 있다.
모든 시료들을 세탁한 후에 L*a*b* 값을 측정하고, 세탁 전의 시료와 색차(ΔE)를 구하여 <Table 3>에 나 타내었다.
Cyan에서는 N1, N2, N3, PN은 1 미만으로 색차가 근소한 편이지만, 폴리에스테르의 경우 1.64로 색차 가 눈에 띄는 정도였다. Magenta는 PP가 1.68, N2가 1.05로 색차가 눈에 띄는 정도이며, N1, N3, PN은 색 차가 근소하였다. Yellow는 PP가 1.37, N1이 1.94, N2가 1.59로 색차가 눈에 띄는 정도이며, N3는 색차 가 근소하였다. 반면 Black은 PP, PN, N1, N2가 근소 한 색차를 나타냈으나, N3가 2.53으로 눈에 띄는 색 의 차이를 보였음을 알 수 있다. 전반적으로 세탁 후 의 색상의 변화는 Black에서의 N3를 제외하고 폴리 에스테르보다 나일론의 색차가 적게 나타났다.
3. Evaluation of sharpness & spreading of colors
<Table 4>는 나일론 시료의 첨예도를 평가한 것으 로 Black을 프린트한 선 이미지를 400배 확대한 것으 로 광학현미경을 이용하여 측정하였다. 미세한 선을 육안으로 관찰하거나 광학현미경으로 측정하였을 시 에 번짐이 없는 우수한 첨예성을 나타내었다. 특히 시 료의 열처리온도가 높을수록 라인의 번짐 현상이 적 게 나타나고, 첨예성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
4. Fastness evaluation
나일론 시료의 마찰 견뢰도를 평가한 결과를 <Table 5>에서 볼 수 있다. 마찰 견뢰도는 PP, PN 에 서 Cyan, Magenta, Yellow의 색상은 5이지만, Black 에서는 PN이 4~5로 PP 3보다 우수하게 나타났다. 반 면 나일론 소재에서는 2~3으로 전체적으로 낮은 수치 를 나타냈다. 이러한 결과는 폴리에스테르는 고온의 열처리를 통하여 섬유에 염료가 완전히 고착되는 반 면, 나일론은 소재의 특성상 폴리에스테르보다 낮은 열처리 온도로 처리함으로 인해 나일론 소재의 승화 인쇄가 열처리에 의해 완전히 고착되지 않았기 때문 으로 판단된다.
Ⅴ. Conclusion
승화전사 소재의 다양성을 위해 개발된 나일론 전 사지를 활용하여 인쇄한 결과물의 염색성 및 색차를 비교하고, 마찰 견뢰도를 분석하였다. 승화전사를 나 일론에 적용할 경우, 발색과 마찰에 의한 견뢰도가 유 지될 수 있는 적합한 발열 온도와 시간을 연구하는 과 정은 매우 중요하다. 따라서 나일론 소재에 다양한 열 처리 온도를 적용하고 인쇄하여 폴리에스테르 소재와 의 발색성과 색차를 비교하고, 마찰 견뢰도와 첨예도 를 분석하여 섬유제품으로 활용될 수 있는지를 연구 한 결과는 다음과 같다.
첫째, 나일론의 승화전사 염색성을 살펴보면 Cyan, Magenta 색상은 폴리에스테르보다 나일론 N1, N2가 발색이 우수하였으며, Yellow, Black 색상에서는 N2 와 PP가 우수한 발색을 나타냈다. 그러나 N3은 모든 색상에서 발색성이 가장 낮은 결과를 나타냈다.
둘째, 폴리에스테르의 L*a*b*값과 나일론의 L*a*b* 값을 비교하여 색차를 살펴본 결과, 폴리에스테르 원 단에 전용 전사지를 사용한 PP와 나일론에 나일론 전 용 전사지를 사용한 N1, N2, N3의 경우 색상별로 차 이가 다르게 나타났으며, 특히 N3의 색차가 Magenta 에서 ΔE값이 10.34, Yellow에서 24.70, Black에서 15.28로 크게 나타났다. 이러한 결과에서 나일론 전사 지는 열 처리온도가 발색에 중요한 역할을 한다는 것 을 알 수 있다.
셋째, 전반적으로 세탁 후의 색상의 변화는 Black 에서의 N3를 제외하고는 폴리에스테르보다 나일론의 색차가 적게 나타났다.
넷째, 첨예도는 시료의 열처리온도가 높을수록 라 인의 번짐 현상이 적게 나타나고 향상되는 것을 확인 할 수 있었다.
다섯째, 마찰 견뢰도는 PN이 Black에서는 4~5로 PP 3보다 우수하게 나타났다. 하지만 나일론 소재에 서는 2~3으로 전체적으로 낮은 수치를 나타냈는데, 이러한 결과는 나일론 소재의 승화인쇄가 열처리에 의해 완전히 고착되지 않았기 때문으로 판단된다.
폴리에스테르의 경우, 산업체에서는 시장성과 상품 성을 고려하여 200℃에서 1분간 열처리를 한다. 나일 론 승화전사 또한 열처리 온도와 시간이 매우 중요하며 낮은 온도에서는 시간을 길게 하고, 높은 온도에서는 시간을 짧게 하여 염색성과 견뢰도를 높일 수 있다.
하지만 열에 약한 나일론의 특성상 190℃ 이상의 고열에서 변형이 생겨나므로 190℃ 이하의 온도 중 발색과 견뢰도를 유지할 수 있는 전사지의 개발이 필 요하다. 개발된 나일론 전사지의 경우, 산업체에서 시 장성에 맞는 생산시간과 생산량, 발색과 첨예도를 고 려했을 때 나일론의 적합한 열처리온도는 187℃에서 50초가 가장 적합하였다. 하지만 전체적인 마찰 견뢰 도가 2-3으로 나타나 아직 산업체에서의 활용은 어렵 다고 판단된다.
따라서 이러한 연구결과를 토대로 낮은 열처리 온 도에서도 발색이 뛰어나며, 견뢰도를 유지할 수 있는 나일론 전용전사지의 지속적인 개발과 검증이 필요하 다고 사료된다. 또한 후가공 공정에서 열처리 공정의 조건을 설정할 때 새로 개발된 나일론 전용전사지를 활용할 때에는 시간과 온도를 고려해야 할 것으로 판 단된다.
