KR101415789B1 - 직물 웹의 염색 방법 - Google Patents

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토머스 데이비드 앨러트
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얼 씨. 맥크로
패트릭 션 맥니콜스
마이클 조셉 가비
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

직물 웹의 염색 방법에 있어서, 웹을 포화시키지 않고, 직물 웹(23)의 제1면(24a)에 염료를 직접 도포한다. 상기 웹의 제2면은 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉되고, 제1면은 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되지 않도록 하면서, 상기 웹을 개방 배열로 초음파 진동 시스템(61)의 접촉 표면 상으로 이동시킨다. 상기 초음파 진동 시스템은 상기 직물 웹의 제2면에 초음파 에너지를 부여하여, 상기 웹의 제1면으로부터, 웹 내부 및 웹을 통과하여, 제2면까지로의 염료의 이동을 촉진한다. 또 다른 구현에서, 염료는 상기 웹의 제1면에 염료를 도포하지 않고, 직물 웹의 제1면에 도포된다.
염색, 초음파

Description

직물 웹의 염색 방법{Process for dyeing a textile web}
본 발명은 직물 웹의 염색 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 초음파 에너지를 사용하여 염색 공정을 촉진하는 직물 웹 염색 방법에 관한 것이다.
직물 웹의 염색은 통상적으로 두 가지 방식 중 하나로 획득되며, 첫 번째는 상기 직물 웹을 염료 용액 배스(bath)에 침적하여 상기 염료가 직물 웹 내로 스며들도록 하는 것이고, 두 번째는 염료를 상기 직물 웹의 일면 또는 양면에 도포(예를 들어 스프레이 또는 코팅에 의해)하는 것이다. 직물 웹의 침적(immersion)(또한 일반적으로 딥코팅(dip-coating)이라고도 지칭됨)은 직물 웹을 포화시키는데 사용되는 상당한 양의 염료 용액을 필요로 한다. 또한, 포화시킨 다음, 상기 웹에서 상당량의 미부착 염료를 제거하기 위해 상기 웹을 세척하여야만 한다. 딥-코팅은 직물 웹 전체에 걸쳐 염료의 침투력이 우수한 반면, 상대적으로 염료 용액의 사용이 비효율적으로 나타나고, 상기 웹에 대한 상당한 후-공정이 요구된다.
염료는 대신 잉크 젯 시스템, 스프레이 시스템, 그라비어(gravure) 롤, 슬럿 다이(slot die), 로드(rod) 코터, 로터리 스크린 커튼 코터(rotary screen curtain cater), 에어 나이프(air knife), 브러쉬(brush) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 어떠한 수의 도포 기술에 의해 직물 웹의 일면 또는 양면에 (스프레이 또는 코팅에 의한 바와 같이)도포될 수 있다. 염료를 웹에 도포한 후, 상기 웹은 종종 가열되고 그리고/또는 스팀(steam)되어 염료가 직물 웹에 부착하는 것을 촉진한다. 그 후, 상기 직물 웹을 물 또는 다른 세척 용액 배쓰(bath) 내에서 세척하여 미부착된 과량의 염료를 웹으로부터 제거한다.
이러한 방식으로 염료를 직물 웹에 도포하는 것(예를 들어 딥-코팅과 대조적으로)은 초기에 웹에 도포에 필요한 염료의 양이 상당히 적고, 따라서 염료의 웹에 대한 부착을 촉진하기 위해 웹을 가열/스팀하는 시간을 감소시키고, 또한 웹으로부터 후속적으로 제거될 필요가 있는 미부착 염료의 양을 감소시킨다. 염색이 섬유의 일 면에만 도포되는 이러한 염색 작업은 일반적으로 적은 양의 염료를 사용하지만, 고른 또는 균일한 착색을 제공하기 위해 염료가 웹으로 또는 웹을 통과하여 웹의 반대 면으로 적절하게 침투되지 않을 위험성이 있다. 직물 웹의 양면을 염색하는 것은 이러한 위험을 어느정도 감소시키는 반면 추가의 염료를 필요로 하고, 보다 많은 미부착 염료가 후속적으로 웹으로부터 제거되어야 하는 결과를 가져온다.
따라서, 직물 웹을 염색하는데 필요한 염료 양을 감소시키고, 공정 동안에 상기 웹 내부로 또는 상기 웹을 통과하는 염료의 침투성 향상을 용이하게 하는 염색 공정이 요구된다.
일 구현에 따른 제1면 및 상기 제1면에 반대되는 제2면을 갖는 직물 웹의 염색 방법은 일반적으로, 상기 웹을 포화시키는 대신 상기 웹의 제1면에 염료를 직접적으로 도포하는 단계를 포함한다. 상기 웹은 개방 배열로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상을 이동하며, 상기 직물 웹의 제2면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉되고, 상기 제1면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면에 접촉되지 않는다. 상기 초음파 진동 시스템은 상기 직물 웹의 제2면에 초음파 에너지를 부여하기 위해 작동되며, 염료가 상기 웹의 제1면에서, 상기 웹 내부 및 상기 웹을 통과하여 제2표면까지 손쉽게 이동할 수 있게 한다.
또 다른 구현예에서, 직물 웹의 염색 방법은 일반적으로, 제1면 및 상기 제1면과 반대인 제2면을 갖는 직물 웹이 염료 도포 장치를 지나서 이동하는 단계를 포함한다. 상기 염료 도포 장치는 상기 직물 웹의 제1면에 염료를 도포하고, 상기 직물 웹의 제2면에 염료를 도포하지 않도록 작동된다. 상기 염색된 직물 웹은 그런 다음, 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상을 개방 배열로 이동하며, 상기 제2면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되고, 제1면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되지 않는다. 상기 초음파 진동 시스템은 상기 직물 웹의 제2면에 초음파 에너지를 부여하고, 염료가 상기 웹의 제1면에서 웹의 내부로 그리고 웹을 통과하여 제2표면까지 용이하게 이동할 수 있게 한다.
상세한 설명
도면, 특히 도 1은 참고하면, 직물 웹(23)을 염색하는데 이용하는 장치의 일 구현이 일반적으로 (21)로 지시된다. 적절한 일 예에서, 상기 장치(21)에 의해 처리될 직물 웹(23)은 본디드-카디드(bonded-carded) 웹, 스펀본드 웹 및 멜트블로운 웹, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 면, 나일론, 실크, 히드로니트 (hydroknit), 코폼(coform), 나노섬유, 플러프 베팅(fluff batting), 폼(foam), 엘라스토머(elastomerics), 고무, 필름 라미네이트, 이들 재료의 조합 또는 다른 적절한 재료를 포함하지만 이에 제한되지 않으며 바람직하게는 직물(woven) 웹이지만, 부직(non-woven) 웹 또한 사용될 수 있다. 상기 직물 웹(23)은 단일 웹 층이거나 또는 다층 적층체일 수 있으며, 상기 적층체 중 하나 이상의 층이 염색되기에 적절하다
상기 용어 "스펀본드(spunbond)"는 다수의 미세한, 일반적으로 원형의, 방사구(spinneret)의 모세관으로부터 요융된 열 가소성 물질을 필라멘트로서 압출하고, 상기 압출된 필라멘트의 직경을, 예를 들어 Appel 등의 미국 특허 번호 4,340,563, Dorschner 등의 미국 특허 번호 3,692,618, Matsuki 등의 미국 특허 번호 3,802,817, Kinney의 미국특허 번호 3,338,992 및 3,341,394에, Hartman의 미국 특허 번호 3,502,763, 및 Dobo 등의 미국특허 번호 3,542,615에 나타난 바와 같이 신속하게 축소하여(reduce) 형성된 작은 직경의 섬유를 나타낸다. 스펀본드 섬유는 수집(collecting) 표면 상에 배치(deposit)되는 경우 일반적으로 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 7 미크론 보다 큰, 보다 상세하게 10 내지 20 미크론 사이의 (적어도 10 이상의 샘플에서) 평균 직경을 갖는다.
상기 용어 "멜트블로운(meltblown)"은 용융 열가소성 물질을 복수의 미세한, 보통 구형의, 다이 모세관(die capillary)을 통해, 일반적으로 가열된, 수렴하는 고속의 기체(예컨데 공기) 스트림으로, 용융 실 또는 필라멘트로서 압출하고, 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게 하여 직경을 감소시켜 형성된 섬유를 나타낸다. 그 후, 상기 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되고 수집 표면에 배치되어 랜덤으로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어 Butin 등의 미국특허번호 3,849,241에 개시된다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 도는 비연속적일 수 있는 마크로섬유이며, 일반적으로 평균 직경 10 미크론 미만이고, 일반적으로 수집 표면에 배치되는 경우 점착성이다.
스펀본드 및 멜트블로운 섬유의 적층체들(laminates)은, 예를 들어 이동 성형(forming) 벨트 상에 먼저 스펀본드 웹 층, 그 후 멜트블로운 웹 층 그리고 마지막으로 다른 스펀본드 웹 층을 순차적으로 배치하고 그 후 상기 층들을 함께 결합하여 제조될 수 있다. 택일적으로, 상기 웹층은 개별적으로 만들어질 수 있고, 롤에서 수집되고, 별도의 결합 단계에서 조합된다. 이러한 적층체들은 일반적으로 약 0.1 내지 12osy(6 내지 400 gsm), 또는 보다 상세하게 약 0.75 내지 약 3 osy의 평량(basis weight)을 갖는다.
보다 바람직하게, 상기 직물 웹(23)은 충분하게 개방 혹은 다공성이고 그에 따라 상기 웹에 도포된 염료가 웹의 두께 방향을 따라 이동할 수 있다. 직물 웹(23)의 "다공도(porosity)"는 섬유 내 빈 공간에 대한 측정이고 하기의 방식에 의해 특정 웹 표본에 대해 측정된다. 웹 표본(예를 들어 일반적으로 균질하고, 균등한 비중을 갖는 웹 상)의 주어진 길이(센티미터로) 및 폭(센티미터로)에 대해, 상기 표본의 무게를 적절한 저울로 재고(그램으로) 상기 두께(센티미터로)를 미국, 펜실베니아, 필라델피아의 Thwing-Albert Instrument Company로부터 상업적으로 입수가능한 VIR Electronic Thickness Tester, 모델 번호 89-1-AB와 같은 적절한 장치로 측정한다. 웹 표본의 총 부피(입방 센티미터로)를 길이×폭×두께로서 결정한다. 웹 표본의 물질 부피(입방 센티미터로)(즉, 웹 표본 내 물질에 의해 차지하는 부피)를 웹 표본 중량을 웹을 구성하는 물질의 비중(그램/입방 센티미터로)으로 나누어 결정한다. 상기 웹 표본의 다공도(퍼센트로)는 그 후 ((총 부피-물질 부피)/총 부피)×100으로서 결정된다.
특히 적절한 구현으로, 상기 직물 웹(23)은 적어도 약 10 퍼센트의 다공도, 보다 바람직하게 적어도 약 20 퍼센트의 다공도를 갖는다. 다른 구현으로 다공도 시험(Porosity Test) 에 의해 결정된 다공도는 적어도 약 50 그리고 다른 경우에서 상기 다공도는 적어도 약 75일 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 다공도는 약 10 퍼센트 내지 약 90 퍼센트, 보다 적절하게는 약 20 퍼센트 내지 약90 퍼센트의 범위이다.
바람직한 직물 웹의 몇몇 비-제한적인 예는 미국, 남 캘리포니아, Ft. Mill의 Spring Global로부터 Spring Global Muslin CPG W/O-SKU 743006050371(약 105 그램/제곱 미터(gsm)의 평량을 가짐)로서 상업적으로 입수가능한 면 직물; 미국, 남 캘리포니아, Statesville의 John Boyle "& Comany로부터 Main Street Fabrics-European Fashion PP-SKU1713874(약 61gsm의 평량을 가짐)로서 상업적으로 입수가능한 폴리에스테르 직물; 및 Znojmo, Czech Republic의 Pegas Nonwovens S.R.O로부터 약 42gsm의 평량으로 네킹된(necked) 23gsm Pegas PP Liner로서 상업적으로 입수가능한 스펀본드 부직 웹을 포함한다. 대비되는 예로서, 하나의 부적절한 웹 재료는 잉크 젯 종이와 같은 종이, 특히 RSA Premium Inkjet Paper IJC2436300-24 파운드(pound)(약 92.4gsm의 평량을 가짐)로서 상업적으로 입수가능한 잉크 젯 종이이다. 하기 표는 이러한 각각의 웹 재료의 다공도를 제공하며, 각 재료에 대한 4 개의 7.5cm× 7.5cm 웹 표본 상에 상술한 측정 기술을 이용하여 결정하고 그 데이타를 평균하였다.
중량(grams) 두께(cm) 비중(g/cc) 총 부피(cc) 물질 부피(cc) 다공 부피(cc) 다공도(퍼센트)
면 직물 0.59 0.0288 1.490 1.62 0.39 1.23 76
폴리에스테르 직물 0.35 0.0140 0.930 0.79 0.38 0.41 52
스펀본드 부직포 0.25 0.0350 0.900 1.97 0.28 1.70 86
잉크젯 종이 0.52 0.0098 0.929 0.55 0.55 0.00 0
염색 장치(21)는 바람직하게는, 염료를 상기 직물 웹(23)의 면들(24a), (24b)의 적어도 하나에 도포하도록 작동할 수 있는, (도 1에 도시되고, 일반적으로 25로 표시되는) 염료 도포 장치를 포함한다. 예를 들어, 특히 적절한 일 구현에서, 상기 염료 도포 장치는 특히 염료를 상기 직물 웹의 오직 일면(24a)에 도포하도록 작동할 수 있다. 그러나, 상기 도포 장치는 상기 직물 웹(23)의 반대쪽 면(24b)에만 염료를 도포하도록 작동되거나, 또는 웹의 양쪽 면에 염료를 도포하도록 작동될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 하나 이상의 도포 장치가 사용되어(예를 들어 상기 직물 웹(23)의 24a, 24b 각 면에 대응하는 것) 잉크를 직물 웹의 양면에 동시에 혹은 순차적으로 도포할 수 있는 것으로 생각된다.
본 명세서에서 사용된 상기 용어 "염료(dye)"는 어느정도 영구적인 색을 직물 웹(23)과 같은 다른 재료에 부가할 수 있는 물질을 나타낸다. 바람직한 염료는 잉크, 레이크(lake)(또한 종종 색 레이크라고도 지칭), 염료(dyestuff)(예를 들어 산 염료, 아조 염료, 염기 염료, 직접 염료, 분산 염료, 음식, 약 및 화장 염료, 인그레인(ingrain) 염료, 가죽 염료, 모던트(mordant) 염료, 천연 염료, 반응성 염료, 용매 염료 황 염료 및 건염 염료를 포함하나 이에 제한되지 않음), 안료(유기 및 무기) 및 다른 착색제(예를 들어 형광 발광제, 현색제(developer), 산화 염기를 포함하나 이에 제한되지 않음)를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 염료는 바람직하게는 용매-계 염료(예를 들면, 물 또는 유기 염료 포함)이다. 웹 내부 그리고 웹을 통한 염료의 흐름을 촉진하기 위해 상기 염료는 바람직하게는 약 2 내지 약 100 센티푸아즈(centipoise), 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 20 센티푸아즈, 그리고 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 10 센티푸아즈 범위의 점도를 갖는다.
일 구현에 따른 상기 염료 도포 장치(25)는 전체 웹의 포화에 의한 것(예를 들어 직물 웹을 염료를 용액 배쓰에 담그어 웹을 포화시킴)이 아닌 염료를 직물 웹(23)에 도포하는데 사용되는 어떠한 적절한 장치를 포함할 수 있으며, 상기 염료는 전-계량되거나(예를 들어 최초 염료의 도포에서 초과량이 소량이거나 없는 염료가 웹에 도포됨) 후-계량(즉, 초과량의 염료가 직물 웹에 도포되고 후속적으로 제거됨)된다. 상기 염료 자체가 직물 웹(23)에 도포되거나 또는 상기 염료가 웹에 도포되는 염료 용액에 사용될 수 있는 것이 이해된다.
적절한 전-계량 염료 도포 장치(25)는 하기에 알려진 도포 기술을 수행하기 위한 장치를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다:
슬럿 다이(Slot die): 프린팅 헤드 내 슬럿을 통해 직물 웹(23) 위로 염료가 직접 계량된다(metered).
직접 그라비어(Dirct gravure): 염료가 그라비어 롤의 작은 셀(cell)에 존재한다. 상기 직물 웹(23)은 상기 그라비어 롤과 직접 접촉하게 되고 상기 셀 내의 염료가 직물 웹 위로 이동된다.
역 롤 이송(reverse roll transfer)을 갖는 오프셋 그라비어(Ofset gravier): 그라비어 롤이 코팅 물질을 제 2 롤로 이송하는 것을 제외하고는 상기 직접 그라미어 기술과 유사하다. 상기 제 2롤은 그 후 직물 웹(23)과 접촉하게 되어 염료를 상기 직물 웹 상으로 이송한다.
커튼 코팅(Curtain coating): 이는 복수의 슬럿을 갖는 코팅헤드이다. 염료는 이러한 슬럿을 통해 계량되고 직물 웹(23) 위까지 주어진 거리 아래로 떨어진다.
슬라이드(slide)(케스케이드(cascade)) 코팅: 코팅 헤드가 활성화되고 염료의 복수 층이 직물 웹(23)과 직접 접촉하게 되는 것을 제외하고는 커튼 코팅과 유사한 기술이다. 상기 코팅 헤드와 직물 웹(23) 사이에는 개방 갭(Gap)이 없다.
역 및 순방향 롤 코팅(이송 롤 코팅(transfer roll coating)으로도 알려짐): 이는 계량을 위해 염료를 하나의 롤에서 다음의 롤로 이송하는 롤의 스택(stack)으로 이루어진다. 최종 롤dl 직물 웹(23)과 접촉하게 된다. 상기 직물 웹(23)의 이동 방향 및 최종 롤의 회전은 상기 공정이 순방향 공정인지 또는 역방향 공정인지를 결정한다.
압출(extrusion) 코팅: 이 기술은 상기 염료가 상온에서 고체인 것을 제외하고는 슬럿 다이 기술과 유사하다. 상기 염료는 프린트 헤드에서 용융 온도로 가열되고 상기 슬럿을 통해 액체로서 직접 직물 웹(23) 위로 계량된다. 냉각에 의해, 상기 염료는 다시 고체가 된다.
로터리 스크린(rotary screen): 염료가 스크린 표면을 갖는 롤로 펌프된다. 롤 내의 블레이드가 스크린을 통해 염료를 밀어내서 섬유 상으로 이송한다.
스프레이 노즐 도포: 염료는 스프레이 노즐을 통해 직접 셈유 웹(23) 위로 가해진다. 상기 염료의 바람직한 양(전-계량된)이 도포될 수 있거나, 또는 상기 직물 웹(23)은 스프레잉 노즐에 의해 포화되고 그 후 과량의 염료를 닙 롤러를 통해 직물 웹을 통과시켜 압착하여 짜내어(후-계량) 포화될 수 있다.
플렉소그래픽(flexographic) 프린팅: 염료를 롤의 양각 패턴화된 표면 상에 이송한다. 이러한 패턴화된 롤은 그 후 직물 웹(23)과 접촉하고 염료를 섬유 위로 이송한다.
디지털 직물 프린팅: 염료가 잉크 젯 카트리지에 장전되고 직물 웹이 잉크 젯 헤드를 통과함에 따라 직물 웹(23) 위로 분사된다.
염료를 직물 웹(23)에 도포하기 위한 바람직한 후-계량 염료 도포 장치의 예는 하기의 알려진 도포 기술에 따라 작동하는 장치를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다:
로드(Rod) 코팅: 염료를 직물 웹(23)의 표면에 도포하고 과량의 염료를 로드에 의해 제거한다. 메이어(Mayer) 로드는 과량의 염료를 계량하여 제거하기 위한 일반적인 장치이다.
에어 나이프(air knife) 코팅: 염료를 직물 웹(23)의 표면에 도포하고 과량의 염료는 고압의 공기 스트림을 불어서 제거한다.
나이프 코팅: 염료를 직물 웹(23)의 표면에 도포하고 과량의 염료는 나이프의 형태 내의 헤드에 의해 제거된다.
블레이드 코팅: 염료를 직물 웹(23)의 표면에 도포하고, 과량의 염료를 평평한 블레이드 형태의 헤드로 제거한다.
스핀 코팅: 직물 웹(23)이 고속으로 회전되고 회전하는 직물 웹에 도포된 과량의 염료를 상기 웹의 표면으로부터 원심력으로 제거한다.
파운테인(Fountain) 코팅: 염료는 잠긴(flooded) 파운테인 헤드에 의해 상기 직물 웹(23)에 도포되고 과량의 물질은 블레이드에 의해 제거된다.
브러쉬 도포: 염료는 직물 웹(23)에 브러쉬로 도포되고 과량의 물질은 웹의 표면을 가로지르는 브러쉬의 움직임에 의해 조절된다.
염료를 직물 웹(23)에 도포한 후 후속적으로, 상기 직물 웹은 접촉 표면(63)(도 2)을 갖는 일반적으로 (61)로 지시되는 초음파 진동 시스템으로 적절하게 전달되며, 그 표면 위에서 염색된 웹(23)이 상기 진동 시스템과 접촉하며 지나가고, 그 결과 상기 진동 시스템이 초음파 에너지를 웹에 부가한다. 상술된 구현에서, 초음파 진동 시스템(61)은 적어도 그 일부가 직물 웹(23)에 의해 접촉되는 접촉 표면(63)의 경계를 짓는 말단(65)을 갖는다.
특히 적절한 일 구현에서, 상기 직물 웹(23)은 대체로 연속적인 웹의 형태인 것이 바람직하며, 보다 상세하게 감긴 웹이며, 여기서 웹은 공정 동안에는 풀리고 그 후 후속 공정으로 감겨 다른 후-공정 위치로 이송된다. 예를 들어, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 초음파 진동 시스템(61)은 풀림롤(45)과 감김롤(49)을 중개하는 지지 프레임(67)(도 2) 위에 적절하게 탑재될 수 있다(풀림롤 및 감김롤 또한 적절한 개별적인 지지 프레임 상에 탐재됨(미도시)). 그러나, 상기 직물 웹(23)은 택일적으로 본 발명의 견지를 벗어남이 없이 처리하는 동안 하나 이상의 분리된 웹의 형태일 수 있다고 여겨진다. 상기 염료 도포 장치(25)는 풀림롤(45)과 초음파 진동 시스템 사이에 배치되어 웹이 진동 시스템으로 전진하기 전에 염료를 직물 웹의 일면(24a)에 도포한다. 그러나, 본 발명의 견지를 벗어남이 없이 염료는 상기 초음파 진동 시스템의 바로 상부 스트림이 아닌, 웹이 초음파 처리되는 위치로부터 완전히 떨어진 위치에서 직물 웹(23)에 도포될 수 있다고 여겨진다.
상기 직물 웹(23)은 감김롤(49)에서 적절한 구동 메커니즘(51)(도 1) 등에 의해 풀림롤로부터 염료 도포 장치(25) 및 초음파 진동 시스템(61)을 지나 기계 방향으로(도 1 및 2의 화살표에 의해 지시됨) 감김롤로 적절하게 전진(즉, 이동)한다. 본 명세서에 사용된 상기 용어 "기계 방향"은 일반적으로 공정 동안 섬유웹(23)이 이동하는 방향을 나타낸다(예를 들어, 설명된 구현에서 웹의 세로 방향). 본 명세서에 사용된 용어 "횡-기계 방향"은 직물 웹(23)의 기계 방향에 대해 수직 방향이고 일반적으로 웹의 평면에 있는 것을 나타낸다(예를 들어, 설명된 구현에서 웹의 가로방향). 특히 도 2를 참고하면, 직물 웹(23)은 적절하게 접촉 표면(63)(예를 들어 초음파 진동 시스템(61)의 말단(65) 위치에서)을 향해 초음파 진동 시스템(61)의 세로 축 X에 대한 접근 각도 A1으로 진행하고, 접촉 표면 위를 지난 후 상기 웹은 상기 접촉 표면으로부터 더욱 진행하여 초음파 진동 시스템(61)의 세로 축 X에 대한 이탈 각도 B1로 멀어진다.
일 구현에서 상기 직물 웹(23)의 접근 각도 A1은 바람직하게 약 1 내지 약 89 도의 범위, 보다 바람직하게 약 1 내지 45 도의 범위, 그리고 더욱 바람직하게 약 10 내지 약 45도의 범위이다. 상기 웹(23)의 이탈 각도 B1은 도 2에 도시된 바와 같이 바람직하게는 상기 접근 각도와 대략 일치한다. 그러나, 본 발명의 견지를 벗어남이 없이 상기 이탈각도 B1은 상기 접근 각도 A1이상일 수 있는 것으로 이해된다.
특히 적절한 구현으로, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 상기 지지 프레임 상(67)에 지지 프레임(예를 들어 도 2에 도시된 구현에서 수직으로) 및 풀림 및 감김 롤(45), (49)에 대해 움직일 수 있도록 조절가능하게 탑재되어 상기 처리될 웹(23)에 대해 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면(63)의 조절을 가능하게 한다. 예를 들어, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 선택적으로 웹의 접근 각도 A1 및 이탈 각도 B1가 실질적으로 0이거나 또는 적어도 비교적 작은 제 1 위치(미도시)와 도 1 및 2에 나타난 제 2 위치 사이에 배치될 수 있다. 상기 진동 시스템(61)의 제 1 위치 에서, 상기 진동 시스템의 접촉 표면(63)은 상기 직물 웹(23)과 접촉될 수 있지만 필수적인 것은 아니다.
상기 초음파 진동 시스템(61)의 제 2 또는 작동 위치에서, 상기 진동 시스템의 말단(65)(및 이에 따라 상기 접촉 표면(63))은 제 1 위치로부터 실질적으로 이격되고 직물 웹(23)과 접촉한다. 본 구현에서 진동 시스템(61)의 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 이동은 상기 웹(23)이 접촉 표면(63)을 따르도록 압박하여 웹의 접근 및 이탈 각도 A1, B1을 형성한다.
이러한 방식으로 초음파 진동 시스템(61)을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키는 것은 또한 적어도 상기 웹이 풀림롤(45)과 감김롤(49) 사이에 유지되는 동안, 상기 진동 시스템의 접촉 표면(63)을 향해 놓인 직물 웹의 구획(segment)을 따라 웹(23)에서 장력을 기여하거나 또는 장력을 증가시킨다. 예를 들어, 일 구현에서 상기 직물 웹(23)은 그 폭(즉, 그 횡-기계 방향 치수)을 따라, 적어도 초음파 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)과 접촉하는 웹의 구획(segment)에서, 웹 폭의 0.025 pounds/inch 내지 웹 폭의 약 3 pounds/inch 범위에서, 그리고 더욱 적절하게 웹 폭의 약 0.1 내지 약 1.25 pounds/inch 의 범위에서, 균일한 장력으로 유지될 수 있다.
특히 바람직한 일 구현으로, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 특히 상기 직물 웹(23)에 관하여 배치되고 그 결과 염료가 최초로 도포되는 면(24a) 반대편의 진동 시스템 접촉 표면(63)은 웹의 면(24b)과 접촉한다. 상기 설명된 구현에서 염료가 직물 웹의 일 면(24a)에 도포되는 한편, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 반대 편의 면(24a)에 접촉하고, 상기 염료는 대신 상기 초음파 진동 시스템이 반대편 면(24a)와 접촉하는 동안 상기 면(24b)에 도포될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
특히 도 3을 참고하면, 일 구현의 상기 초음파 진동 시스템(61)은 적절하게 일반적으로 (71)로 나타나고, 상기 설명된 구현에서 진동 시스템의 말단(65)을 한정하며, 보다 상세하게 진동 시스템의 접촉 표면(63)을 한정하는, 말단(73)을 갖는 초음파 호른(ultrasonic horn)을 포함한다. 특히, 도 3의 상기 초음파 호른(71)은 바람직하게 본 명세서에 기술된 바와 같이 상기 호른의 말단(73)이 예를 들어 그 폭(w)을 따라 일반적으로 연장된 초음파 바(ultrasonic bar)(또한 종종 블레이드 호른(blade horn)이라고 불림) 형태가 된다. 일 구현에서 상기 초음파 호른(71)은 일원의 구조인 것이 바람직하며, 호른의 말단(73)에 의해 한정된 접촉 표면(63)은 상기 호른의 전체 폭(w)을 가로질러 연속적이다.
나아가, 상기 호른(71)의 말단(73)은 바람직하게 상기 초음파 호른의 말단에 의해 한정된 접촉 표면(63)이 일반적으로 평평하고 작사각형이 될 수 있도록 형성된다. 그러나, 상기 호른(71)은 호른의 말단(73)에 의해 한정된 접촉 표면(63)이 본 발명의 견지를 벗어나지 않고, 더욱 둥글거나 또는 평평하지 않도록 형성될 수 있으리라고 여겨진다. 상기 초음파 호른(71)은 바람직하게는 이동 직물 웹(23)에 대해 배향되어 상기 호른의 말단(73)이 웹의 폭을 가로질러 횡-기계 방향으로 연장된다. 상기 호른(71)의 폭(w)은 적어도 그 말단(73)에서 적절하게 대략 상기 웹의 폭과 동일하거나 이를 초과하는 크기를 갖는다.
초음파 호른(71)의 두께(t)(도 4)는 바람직하게 호른의 연결 말단(75)(즉, 호른의 말단(73) 반대편인 호른의 세로 끝)이 호른의 말단보다 더 커서 초음파 진동을 하는 동안 상기 호른 말단의 증가된 진동 변위(displacement)를 촉진한다.일 예로서, 상기 도 3 및 4의 설명된 구현의 초음파 호른(71)은 그 연결 말단(75)에서 약 1.5 인치(3.81cm)의 두께(t)를 가지며, 한편 말단(73)에서의 두께는 약 0.5 인치(1.27cm)이다. 상기 설명된 호른(71)은 또한 약 6.0 인치(15.24cm)의 폭(w) 및 약 5.5 인치(13.97cm)의 길이(예를 들어 설명된 구현에서 높이)을 갖는다. 상기 설명된 초음파 호른(71)의 두께(t)는 호른이 말단(73)을 향해 세로로 연장됨에 따라 내부로 가늘어진다. 그러나, 상기 호른이 직물 웹(23)과 접촉하여 웹에 초음파 에너지를 부여하기에 적절한 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)을 한정하는 한 상기 호른(71)은 도 3 및 4에서 기술된 바와 달리 형성되고 본 발명의 견지 내에 있는 것으로 이해된다.
상기 설명된 구현의 초음파 진동 시스템(61)은 바람직하게 초음파 호른, 초음파 호른(71)과 동축으로 배치(예컨데, 세로로)되고 한쪽 끝이 상기 호른의 연결 말단(75)에 연결된 부스터(booster)(77), 및 부스터의 반대편 끝에 동축으로 배치되고 연결된 컨버터(converter)(79)(또한 종종 트랜스듀서(transducer)로 칭함)를 포함하는, 일반적으로 스택(stack)으로 불리는 형태이다. 상기 컨버터(79)는 전원 공급원 또는 발전기(generator)(미도시)와 전기통신하여 상기 전원 공급장치로부터 전기적 에너지를 받고 상기 전기적 에너지를 고주파수 기계적 진동으로 변환한다. 예를 들어, 하나의 적절한 형태의 컨버터(79)는 압전(piezoelectric) 재료에 따라 상기 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환한다.
상기 부스터(77)는 상기 컨버터(79)에 의해 부여된 기계적 진동의 진폭을 증폭하도록 배치된다(필요한 경우 대신 감소 하도록 배치될 수 있다). 상기 증폭된 진동은 그 후 초음파 호른(71)으로 전해진다. 대신 상기 부스터(77)는 본 발명의 견지로부터 벗어나지 않고 초음파 진동 시스템(61)으로부터 생략될 수 있는 것으로 이해된다. 바람직한 전원 공급원, 컨버터(79) 및 부스터(77)의 구조 및 작동은 당해 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 더 설명될 필요가 없다.
일 구현으로, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 약 15kHz 내지 약 100kHz범위, 보다 바람직하게는 약 15kHz 내지 약 60 kHz의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 약 20kHz 내지 약 40 kHz 범위의 주파수에서 작동가능(예를 들어 전원 공급원에 의해)하다. 초음파 진동에 대한 상기 호른(71), 그리고 보다 상세하게 이의 말단(73)의 진폭(예컨데, 변위)은 전원 공급원의 입력 전원을 맞추어서 변화시킬 수 있으며, 입력 전원이 증가하면 상기 진폭은 일반적으로 증가한다. 예를 들어, 적절한 일 구현으로 상기 입력 전원은 약 0.1kW 내지 약 4kW의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.5 kW내지 약 2kW의 범위이고 더욱 바람직하게는 약 1kW이다.
직물 웹을 염색방법의 일 구현에 따른 작동에서, 감겨진 직물 웹(23)이 먼저 풀림롤(45)로부터, 예를 들어 감김롤(49) 및 구동 메커니즘(51)에 의해 풀리고 상기 웹은 염료 도포 장치(25) 및 상기 초음파 진동 시스템(61)을 지난다. 상기 초음파 진동 시스템(61)은 진동 시스템의 상기 말단(65)(그리고 그에 따라 접촉 표면(63))은 직물 웹의 원하는 접근 및 이탈 각도 A1, B1로 상기 직물 웹을 따라 변위(displaced)되어 (도 1 및 2에서 설명한 바와 같이) 제 2 위치에 존재한다. 상기 직물 웹(23)은 또한 상기 진동 시스템(61)의 제 2 위치에서 그리고/또는 감김롤(49)의 추가 와인딩(winding)에 의해, 풀림롤(45)의 백와인딩(back winding)에 의해, 양자 모두에 의해, 또는 다른 적절한 텐셔닝 구조(tension structure) 및/또는 기술에 의해 텐션(tensioned)될 수 있다.
풀림롤(45)과 감김롤(49) 사이에서의 공정 동안, 상기 직물 웹(23)이 초음파 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63) 위로 웹이 지나갈 때, 본 명세서에서 일반적으로 개방 배열(open configuration)로 언급되는 배열로 적절하게 배치된다. 상기 용어 "개방 배열(open configuration)"은 상기 직물 웹(23)이 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)과 접촉하는 웹의 적어도 구획(segment)에서 일반적으로 평평하거나 또는 다른 방식으로 펼쳐진(unfolded), 펴진(ungathered) 그리고 풀린(untwisted) 것을 의미한다.
웹(23)의 공급 속도(즉, 웹이 기계 방향으로 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63) 위에서 움직이는 속도) 및 상기 접촉 표면의 폭(즉, 상기 설명된 구현, 또는 상기 접촉 표면이 평평하거나 평면이 아닌 경우, 호른(71)의 말단(73)의 두께(t), 호른의 말단의 일 면으로부터 그 반대 면까지 상기 접촉 표면의 총 길이)은 본 명세서에서 진동 시스템의 접촉 표면 상의 웹의 체류시간(Dwell Time)로 나타내기로 한다. 그리고 나서 본 명세서에서 상기 용어 "체류시간"은 직물 웹이 접촉 표면 위로 드로우(draw)됨에 따라 직물 웹(23)의 구획(segment)이 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)과 접촉하는 시간의 길이를 나타내는 것으로 이해된다(즉, 상기 접촉 표면의 폭을 웹의 공급 속도로 나눈 것). 적절한 일 구현으로, 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)을 가로지르는 상기 웹의 공급 속도는 약 0.5 피트(feet)/분(minute) 내지 약 2,000 피트/분, 보다 바람직하게는 약 1 피트/분 내지 약 100 피트/분, 그리고 더욱 바람직하게는 약 2 피트/분 내지 약 10 피트/분의 범위 내이다. 그러나, 상기 공급속도는 본 발명의 견지를 벗어나지 않고 상기 나열된 범위를 벗어날 수 있는 것으로 이해된다.
다른 구현으로, 체류시간은 바람직하게는 약 0.1 초 내지 약 60초, 보다 바람직하게는약 1초 내지 약 10초의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 약 2초 내지 약 5초의 범위 내이다. 그러나, 상기 체류시간은 본 발명을 벗어나지 않고 예를 들어 상기 웹(23)이 만들어지는 재료, 염료 조성물, 진동수 및 상기 진동 시스템(61)의 호른(71)진동 진폭 및/또는 다른 요소에 따라 상기 나열된 범위를 벗어날 수 있는 것으로 이해된다.
상기 직물 웹(23)이 염료 도포 장치(25)를 지남에 따라, 염료가 상기 웹의 일면(24a)에 도포된다. 상기 초음파 진동 시스템(61)은 전원 공급원에 의해 작동하여 상기 직물 웹(23)의 반대편 면(24b)이 진동 시스템의 접촉 표면(63) 위에 드로우될 때, 상기 초음파 호른(71)을 초음파적으로 진동시킨다. 상기 호른(71)은 초음파 에너지를 호른의 말단(73)에 의해 한정된 접촉 표면(63)과 접촉하고 있는 직물 웹(23)의 구획(segment)에 부여한다. 초음파 에너지를 직물 웹(23)의 반대편의 면(24b)에 부여하는 것은 염료가 웹의 일 면(24a)으로부터 웹 내로 그리고 이를 통해 웹의 반대편 면(24b)로 이동하는 것을 촉진한다. 상기 초음파 에너지는 또한 염료를 가열시키고, 염료 내의 용매(예를 들면, 물 또는 유기 용매)를 증발시킴으로써, 상기 웹(23)에 염료의 부착을 개시한다.
그러나, 본 발명의 견지를 벗어나지 않고 상기 직물 웹(23)의 면(24a)(즉, 염료가 도포되는 면)은 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)을 마주보고 접촉할 수 있는 것으로 이해된다. 또한 초음파 에너지를 상기 웹의 반대편 면(24b)에 적용하는 제 1 초음파 진동 시스템(61)과 동시에 혹은 순차적으로 제 2 초음파 진동 시스템(미도시)을 사용하여 초음파 에너지를 웹의 면(24a)에 적용할 수 있는 것으로 생각된다.
실험
직물 웹 23을 염색하는데 있어서, 도 1 및 2의 구현의 장치(21)의 방법으로 제조된 장치의 효율을 평가하기 위해, 그리고 더 구체적으로는 상기 웹의 일면(24a)에 도포된 염료를 웹을 통과하여 상기 웹의 반대면(24b)까지 뽑아내는 초음파 진동 시스템 61의 효율을 평가하기 위해 실험을 수행하였다. 이 실험에 있어서, 미국, 펜실베니아주, 웨스트 피트스톤의 Test Fabrics사에서 스타일 넘버 419로 상업적으로 구입할 수 있는 면 웹-표백 처리(bleached), 광택 가공(mercerized), 코머가공(combed)된 브로드클로스(broadcloth)를 직물 웹으로 사용할 수 있다. 상기 웹은 약 120g/m2의 평량(basis weight) 및 약 15.53g의 중량을 갖는다. 상기 웹 표본은 길이가 대략 4 피트(약 122cm)이고, 폭이 4인치(약 10.2cm)이다.
독일의 Dystar Textilfarben GmbH에서 상품명 및 모델 넘버 Procion MX-5B로 구입할 수 있는 붉은 디클로로트리아진 염료(일반적으로 섬유-반응성 염료로 불린다) 10.1g, 탄산나트륨 10.2g 및 물 1000g로부터 붉은 염료 용액을 제조하였다. 웹 표본에 염료 용액을 도포하기 위해 상기 염료 용액을 손에 들 수 있는 스프레이 병(hand-held spray bottle)(예를 들면, 스프레이 유리 청소기에 사용되는 타입과 같은 것들) 안에 담는다.
상기 초음파 진동 시스템에 있어서, 사용되는 다양한 구성요소들은 미국, 일리노이주, St. Charles의 Dukane Ultrasonics에서 다음 모델 명으로 구입할 수 있다 : 전원 장치(power supply)-모델 20A3000; 컨버터-모델 110-3123; 부스터-모델 2179T; 및 호른 모델 11608A. 특히, 상기 호른은 연결 말단의 두께가 대략 1.5인치(3.81cm), 말단의 두께가 대략 0.5인치(1.27cm), 폭이 약 6.0인치(15.24cm) 및 길이(예를 들면, 도시된 구현에서의 높이)가 약 5.5인치(13.97cm)이다. 상기 호른의 말단에 의해 한정되는 접촉 표면은 평평하고, 그 결과 접촉 표면 길이(예를 들면, 말단부에서의 포른의 두께와 대략 동일함)는 약 0.5인치(1.27cm)이다.
상기 실험을 수행하기 위해, 상기 웹이 개방 배열로, 공급 속도 약 4ft./min(약 2.03cm/sec)로 초음파 진동 시스템을 지나가도록 잡아당겼다. 상기 웹이 상기 초음파 진동 시스템에 도달하기 전에, 초음파 진동 시스템과 마주보지 않는 상기 웹의 면 위에 염료를 수동으로, 예를 들면, 상기 웹의 1m2 당 약 30g의 염료를 대략 균일하게 도포하기 위해, 스프레이 병을 반복적으로 수동 펌핑하여 분사하였다. 그런 다음, 상기 웹의 반대면(즉, 상기 염료가 스프레이된 면의 반대면)을 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 (예를 들면, 그래서 직접 접촉되게) 잡아 당긴다. 그 결과 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상에서 상기 웹의 체류 시간은 약 0.63초이다. 웹 폭 1인치 당 대략 1파운드의 균일한 장력을 (예를 들면, 상기 웹의 드로잉 동안에 상기 웹을 가르치도록 유지함으로써) 상기 웹에 적용하였다. 초음파 진동 시스템의 세로 축에 대한 상기 웹의 접근 각도 및 이탈 각도는 각각 약 20도였다.
상기 직물 웹의 초기 구획(예를 들면, 1/2)을 따라, 상기 초기 구획이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상을 지나갈 때, 상기 초음파 진동 시스템은 작동하지 않는다. 그런 다음, 상기 직물 웹의 후속하는 구획이 진동 시스템의 접촉 표면 상을 지나갈 때, 상기 초음파 진동 시스템은 약 1kW로 작동하고, 약 20kHz로 진동하였다.
도 5 및 도 6에 제공된 사진은 초음파 진동 시스템이 비작동에서 작동으로 이행될 때 이송 구역(상기 웹 상에서 검은 선으로 표시됨)에서 일반적으로 초기에 염료가 스프레이되는 면(예를 들면, 면 24a)의 반대되는 웹의 면(예를 들면, 24b)를 보여준다. 초음파 에너지에 의해 처리되지 않는 구획이 오른쪽이고, 초음파 처리된 구획이 왼쪽이다. 비-처리된 구획과 초음파 처리된 구확 사이에 컬러 밀도 차이가 나타나며, 직물 웹의 반대면 24b에 초음파 에너지를 적용하면 염료가 도포된 웹의 면으로부터 웹 내부를 통과하여 다른 면까지의 분포를 증가 또는 향상(예를 들면, 염료를 잡아당기거나 뽑아냄)시키기 용이함을 알 수 있다.
실험 2
작동 동안에 직물 웹 23에 염료를 부착함에 있어서, 도 1 및 2의 구현의 장치 21의 방법으로 제조된 장치의 효율을 평가하기 위해 또 다른 실험을 수행하였다.
이 실험에서, 미국, 펜실베니아주, 웨스트 피트스톤의 Test Fabrics사에서, 스타일 넘버 700-13 폴리에스테르 Georgette로 상업적으로 구입할 수 있는 폴리에스테르 웹이 직물 웹으로 사용되었다. 약 58g/m2의 평량을 가지는 상기 웹은 길이가 약 4피트(약 122cm)이고, 폭이 약 4인치(약 122cm)이다. 이러한 특별한 웹 물질은 염료가 도포될 때, 상기 웹을 통한 염료의 이동을 용이하게 하는 초음파 진동 시스템 61의 도움 없이 도포된 웹을 웹을 용이하게 통과하도록 하는데 그 능력을 사용한다.
한국의 유한-킴벌리에서 모델명 67581-11005579 NanoColorant Cyan으로 구입가능한 수계 염료 220ml를 염료로 사용하였다. 상기 염료는 본 명세서에서 상기한 고 열전도성 성분을 포함하지 않았다. 웹 표본에 염료 용액을 도포하기 위해 염료 용액을 종래의 손에 들 수 있는 스프레이 병(예를 들면, 스프레이 유리 세척제에 사용되는 타입과 같은 것) 안에 담았다.
초음파 진동 시스템은 상기 실험 1에서 사용된 것과 동일한 시스템이다.
상기 실험을 수행하기 위해, 상기 웹을 개방 배열로, 약 4ft./min(약 2.3cm/sec)의 공급 속도로 초음파 진동 시스템을 거치도록 잡아당겼다. 상기 웹이 초음파 진동 시스템에 도달하기 전에, 초음파 진동 시스템과 마주치지 않는 웹의 면 상에 염료를 수동으로, 예를 들면, 웹 1m2당 약 30g의 염료가 균일하게 도포되도록 하기 위해 스프레이 병을 반복적으로 수동 펌핑하여 분사한다. 웹의 반대면(즉, 염료가 분사된 면의 반대면)을 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 (예를 들면, 그를 통해 직접 접촉되도록) 잡아당긴다. 그 결과, 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상에서 약 0.63초의 웹의 체류 시간이 발생한다. 웹 폭 1인치 당 약 1 파운드의 균일한 장력을 웹에 (예를 들면, 상기 웹을 잡아당기는 동안 웹을 가르치도록 유지함으로써) 적용한다. 초음파 진동 시스템의 세로 축에 대한 웹의 접근 각도 및 이탈작은 각각 약 20도였다.
상기 직물 웹의 초기 구획(예를 들면, 1/2)을 따라, 상기 초기 구획이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상을 지나갈 때, 상기 초음파 진동 시스템은 작동하지 않는다. 그런 다음, 상기 직물 웹의 후속하는 구획이 진동 시스템의 접촉 표면 상을 지나갈 때, 상기 초음파 진동 시스템은 약 1kW로 작동하고, 약 20kHz로 진동하였다.
그런 다음, 상기 웹을 풀었으며, 웹에 대한 시각적 검사를 통해 상기 웹의 양 면에 초음파 진동이 적용되지 않은 웹의 부분을 따라서, 그리고 초음파 진동이 적용된 웹의 부분을 따라서, 염료가 일반적으로 균일하게 분포함을 알 수 있었다. 그런 다음, 상기 웹을 99.9 부피%의 물과 0.1 부피%의 세정제로 구성된 세정 용액의 1 갤론 욕조 내에서 손 세정하여 상기 웹에서 미부착 염료를 제거하였다. 상기 웹으로부터 세정된 염료가 거의 없거나, 완전히 없을 때까지 간헐적으로 상기 욕조를 비우고, 새로운 세정 용액으로 다시 채웠다.
도 7 및 도 8은 초기에 염료가 분사된 면의 반대편의 웹의 면을 찍은 사진이다. 상기 사진은 일반적으로 이동 구역(웹 상에 그려진 검은선에 의해 표시됨)에서 초음파 진동 시스템이 비-작동에서 작동으로 이행될 때 찍혔다. 초음파 에너지에 의해 처리되지 않는 구획이 오른쪽이고, 초음파 처리된 구획이 왼쪽이다. 사진에 의해 쉽게 알 수 있듯이, 초음파 에너지가 적용되지 않은 웹의 구획으로부터 많은 염료가 씻겨나간다. 따라서, 추가적인 공정이 없을 때에는 염료를 웹에 도포한 후에, 염료가 웹에 부착되지 않는다. 놀랍게도, 초음파 에너지가 적용된 구획에서는, 상당량의 염료가 초음파 에너지의 결과로 웹에 부착되었다. 그러나, 이러한 구획의 일부 영역은 또한, 미부착 염료를 세척하는 것을 보여준다. 이러한 예에서, 염료에 고 열전도성 성분을 첨가하지 않고도 부착이 일어난다. 염료에 이러한 성분들을 첨가하는 것은 염료가 웹에 도포된 후에, 웹에 직접적으로 초음파 에너지를 적용하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진 또는 향상시킬 수 있다고 여겨진다.
직물 웹 23에 초음파 에너지를 적용한 다음, 초음파 진동 시스템 61 및 권취 롤 49 사이에 위치한 스테이션 또는 개별 스테이션 모두에서 추가적인 후-공정이 수행될 수 있다. 적절한 후-공정 단계의 예에는 직물 웹 내의 염료의 부착을 강화시키기 위한 열 처리 또는 다른 경화 단계 및 상기 웹 내에 남아있는 미부착 염료를 제거하기 위한 웹의 세척 단계를 포함할 수 있다. 특히 적절한 세척 공정에서, 상기 직물 웹은 세정 용액 내에 침지된 접촉 표면을 갖는 초음파 진동 시스템과 직접 접촉하며 세정 용액 욕조를 통과할 수 있다. 웹과 접촉되는 초음파 에너지는 용이하게 세정 용액 내에서 웹의 면에서 미부착된 염료를 끌어당겨 제거한다. 가장 적절하게는, 세정 용액은 상기 웹에 대해 흘러가서 상기 웹으로부터 제거된 미부착 염료를 운반할 수 있다. 이러한 세척 시스템의 적절한 하나의 예가 본 발명에 참조로 편입되고, 2006년 11월 28일에 제출되었으며, 대리인 서류 번호가 KCC 5055(64047098US01)이고, 발명의 명칭이 직물 웹의 염색 방법인 계류 중인 출원에 기재되어 있다.
본 발명 또는 그 바람직한 구현에 구성요소들이 소개될 때, 관사들 "a", "an", "the" 및 "상기"는 하나 이상의 구성요소들이 있음을 의미하고자 하는 것이다. "포함하는", "함유하는" 및 "갖는"이라는 용어는 포괄적이며, 기재된 구성요소 이외의 추가적인 구성 요소가 있을 수 있음을 의미하고자 하는 것이다.
본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 상기 구성 및 방법에서 다양한 변화들이 이루어질 수 있으며, 상기 상세한 설명에 포함되고, 첨부된 도면에 도시된 모든 것들은 예시로 해석되어야 하고, 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다.
본 특허 또는 출원 파일은 컬러로 작성된 하나 이상의 도면을 포함한다. 컬로 도면을 갖는 본 특허 또는 특허출원 공개의 사본은 미국 특허 및 상표청에 요청하고, 수수료를 냄으로써 제공받을 수 있다.
도 1은 직물 웹의 염색 방법의 일 구현에 따른 직물 염색용 장치의 일 구현예의 도면이다.
도 2는 초음파 진동 시스템 및 도 1의 장치의 지지대의 측면도이다.
도 3은 도 1의 장치의 초음파 진동 시스템의 정면도이다.
도 4는 그 측면도이다.
도 5는 후속적으로 본 발명에 기재된 실험예에 따라 테스트되는 직물 웹의 사진이다.
도 6은 도 5의 사진의 확장 부분의 사진이다.
도 7은 후속적으로 본 발명에 기재된 또 다른 실험예에 따라 테스트되는 직물 웹의 사진이다.
도 8은 도 7의 사진의 확대 부분의 사진이다.
상응하는 도면 부호는 도면 저체를 통털어 상응하는 부분을 나타낸다.

Claims (25)

  1. 제1면 및 상기 제1면에 반대되는 제2면을 갖는 직물 웹의 염색방법이며,
    상기 방법은 상기 직물 웹을 포화시키지 않고 상기 직물 웹의 제1면에 직접적으로 염료를 도포하는 단계;
    상기 직물 웹의 제2면이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉되고, 상기 제1면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되지 않게 상기 웹을 개방 배열로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계; 및
    상기 직물 웹의 제2면에 초음파 에너지를 부여하는 초음파 진동 시스템을 작동시켜 상기 웹의 제1표면으로부터 상기 웹의 내부 및 상기 웹을 통과하여, 제2면까지로의 상기 염료의 이동을 촉진하는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 세로축을 가지며,
    상기 직물 웹은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면의 상부 스트림 지점에서, 상기 직물 웹의 제2면이 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되는 지점까지 기계 방향(Machine Direction, MD)으로 움직이고,
    상기 기계 방향으로의 웹의 이동은 상기 초음파 진동 시스템의 상기 세로축에 대한 접근 각도(approach angle)을 따르며,
    상기 접근 각도는 1 내지 89도 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접근 각도는 10 내지 45도 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 직물 웹은 상기 웹의 제2면과 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면의 접촉 지점에서 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉 표면의 하부 지점까지 상기 초음파 진동 시스템의 세로 축에 대한 이탈 각도(departure angle)을 따라 기계 방향으로 추가로 이동되며, 상기 이탈 각도는 1 내지 89도 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 세로축을 가지며,
    상기 직물 웹은 상기 웹의 제2면이 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉되는 지점에서 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉 표면의 하류 지점까지 기계 방향으로 움직이고,
    상기 기계 방향으로의 웹의 이동은 상기 초음파 진동 시스템의 세로축에 대한 상기 웹의 이탈 각도가 1 내지 89도의 범위 내로 한정되는 직물 웹 염색 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭을 가지며,
    상기 방법은 상기 직물 웹을 상기 직물 웹의 폭을 가로질러 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접적으로 접촉되는 상기 직물 웹의 최소 일부를 일정한 장력으로 유지하는 단계를 더 포함하며,
    상기 장력은 상기 직물 웹의 폭 1인치 당 0.025 내지 3 파운드의 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 20kHz 내지 40kHz 범위 내의 주파수에서 진동하는 직물 웹 염색 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 그 진동 상의 접촉 표면에서의 진폭 변위(displacement amplitude)를 가지며, 상기 진폭이 0.0005 내지 0.007인치의 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템의 작동 단계는 상기 시스템에 입력 전원을 공급하는 단계를 포함하며, 상기 입력 전원은 0.5kW 내지 2kW의 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭(width)을 가지고,
    상기 초음파 진동 시스템은 상기 접촉 표면을 한정하는 말단을 갖는 초음파 호른을 포함하며, 상기 초음파 호른의 말단은 상기 웹의 폭 이상의 폭을 가지며,
    상기 웹을 개방 배열로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계는 상기 웹을 세로로, 상기 웹과 직접 접촉되는 접촉 표면을 갖는 상기 웹의 폭을 가로질러 가로 방향으로 연장되도록 배향된 상기 초음파 진동 시스템의 말단을 갖는 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웹의 제1면에 염료를 직접적으로 도포하는 단계는 상기 웹의 제1면에 2센티푸아즈 내지 100센티푸아즈의 점도를 갖는 염료를 도포하는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 웹의 제1면에 염료를 직접적으로 도포하는 단계는 10 내지 90% 범위 내의 다공도를 갖는 웹의 제1면에 염료를 도포하는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  13. 제1면 및 상기 제1면과 반대편인 제2면을 갖는 직물 웹이 염료 도포 장치를 지나가도록 이동시키는 단계;
    상기 직물 웹의 제1면에 염료를 도포하고, 상기 직물 웹의 제2면에는 상기 염료를 도포하지 않도록 상기 염료 도포 장치를 작동시키는 단계;
    상기 직물 웹의 제2면이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접적으로 접촉되고, 상기 제1면은 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면에 접촉되지 않게 염색된 직물 웹을 개방 배열로, 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계; 및
    상기 초음파 진동 시스템을 작동시켜 상기 직물 웹의 제2면에 초음파 에너지를 부여함으로써 상기 웹의 제1면에서 상기 웹 내부와, 상기 웹을 통과하여 제2면으로의 염료의 이동을 촉진하는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭을 가지며,
    상기 방법은 상기 직물 웹을 상기 직물 웹의 폭을 가로질러 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접적으로 접촉되는 상기 직물 웹의 최소 일부를 일정한 장력으로 유지하는 단계를 더 포함하며,
    상기 장력은 상기 직물 웹의 폭 1인치 당 0.025 내지 3 파운드의 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 20kHz 내지 40kHz 범위 내의 주파수에서 진동하는 직물 웹 염색 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템의 작동 단계는 상기 시스템에 입력 전원을 공급하는 단계를 포함하며, 상기 입력 전원은 0.5kW 내지 2kW의 범위 내인 직물 웹 염색 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭(width)을 가지고,
    상기 초음파 진동 시스템은 상기 접촉 표면을 한정하는 말단을 갖는 초음파 호른을 포함하며, 상기 초음파 호른의 말단은 상기 웹의 폭 이상의 폭을 가지며,
    상기 웹을 개방 배열로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계는 상기 웹을 세로로, 상기 웹과 직접 접촉되는 접촉 표면을 갖는 상기 웹의 폭을 가로질러 가로 방향으로 연장되도록 배향된 상기 초음파 진동 시스템의 말단을 갖는 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상으로 이동시키는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 염료 도포 장치를 작동시키는 단계는 상기 직물 웹의 제1면에 2센티푸아즈 내지 100센티푸아즈의 점도를 갖는 염료를 도포하는 염료 도포 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    직물 웹이 염료 도포 장치를 지나가도록 이동시키는 단계는 직포 직물 웹(woven textile web)이 상기 염료 도포 장치를 지나가도록 이동시키는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    직물 웹이 염료 도포 장치를 지나가도록 이동시키는 단계는 10 내지 90% 범위의 다공도를 갖는 직물 웹이 상기 염료 도포 장치를 지나가도록 이동시키는 단계를 포함하는 직물 웹 염색 방법.
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