KR101415790B1 - 직물 웹의 염색 방법 - Google Patents

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

제 1면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 직물 웹(23)의 염색방법으로, 염료가 상기 직물 웹(23)에 도포되고, 이후, 상기 직물 웹이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면(63)과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹(23)을 개방 배열(open configuration)로 초음파 진동 시스템(61)의 접촉 표면 위로 이동시킨다. 상기 직물 웹에 초음파 에너지를 부가하여 웹을 통한 염료의 분배를 촉진하도록 상기 초음파 진동 시스템(61)은 작동시킨다. 그 후, 마이크로파 시스템(101)의 마이크로파 적용 챔버(107)를 통해, 상기 웹(23)을 개방 배열(open configuration)로 이동시키고, 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 상기 직물 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템을 작동시킨다.
직물, 웹, 염색, 염료, 마이크로파, 초음파

Description

직물 웹의 염색 방법{Process for dyeing a textile web}
본 발명은 직물 웹의 염색 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 초음파 에너지 및 마이크로파 에너지 모두를 사용하여 염색 공정을 촉진하는 직물 웹의 염색 방법에 관한 것이다.
직물 웹의 염색은 통상적으로 두 가지 방법 중 하나로 이루어지며, 첫 번째는 상기 직물 웹을 염료 용액 배스(bath)에 침적하여 염료가 직물 웹 내로 스며들도록 하는 것이고, 두 번째는 염료를 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 포화(saturation)시키는데 사용되는 상당한 양의 염료 용액을 필요로 한다. 나아가, 포화에 후속적으로 직물 웹을 세척하여 상당량의 미부착 염료를 웹으로부터 제거해야 한다. 딥-코팅은 직물 웹 전체에 걸쳐 염료의 우수한 침투력의 결과를 가져오는 반면, 상당한 염료 용액의 비능률적인 사용이 수반되고 웹에 대한 다량의 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 배스(bath) 내에서 또는 다른 세척 용액에서 세척하여 미부착된 과량의 염료를 웹으로부터 제거한다.
이러한 방식으로 염료를 직물 웹에 도포하는 것(예를 들어 딥-코팅과 대조적으로)은 최초로 웹을 도포하기 위해 상당히 적은 양의 염료를 필요로 하며, 따라서 염료의 웹에 대한 부착을 촉진하기 위해 웹을 가열/스팀하는 시간을 감소시키고, 또한 웹으로부터 후속적으로 제거될 필요가 있는 미부착 염료의 양을 감소시킨다. 염색을 직물의 일 면에만 도포하는 이러한 염색 공정은 일반적으로 적은 양의 염료를 사용하지만, 고른 또는 균일한 착색을 제공하기 위해 염료가 웹내로 또는 웹을 통과하여 웹의 반대 면으로 적절하게 침투되지 않는 위험과 연관되어 있다. 직물 웹의 양면을 염색하는 것은 이러한 위험을 어느 정도 감소시키는 반면 추가의 염료를 필요로 하고, 보다 많은 미부착 염료가 후속적으로 웹으로부터 제거되어야 하는 결과를 가져온다.
염료가 웹에 도포되면, 상기 염색된 웹을 건조 및 경화 공정에 투입하고, 웹을 적절한 온도의 오븐에 배치하여 염료를 건조하고 그에 따라 염료의 웹에 대한 부착을 촉진시키는 것이 일반적이다. 웹이 연속적인, 또는 라인 공급(line feef) 공정에서 염색되는 경우, 이러한 염색 공정은 웹이 이동하는 바람직한 속도와 비교할 때 종종 비교적 상당량의 시간이 소요된다.
따라서, 직물 웹의 염색에 필요한 염료 양을 감소시키고 염료의 상기 웹으로의 향상된 침투성 및 후속적으로 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하는 염색 방법이 요구된다.
일 구현으로, 제 1면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 직물 웹의 염색 방법은, 일반적으로 상기 직물 웹에 염료를 도포하는 단계 및 그 후 상기 직물 웹이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 직물 웹에 초음파 에너지를 부가하여 웹 전체에 염료의 분배를 촉진하도록 상기 초음파 진동 시스템은 작동시킨다. 그 후, 마이크로파 시스템의 마이크로파 적용 챔버(chamber)를 통해 상기 웹을 개방 배열로 더 이동시키고, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템을 작동시킨다.
다른 구현으로, 제 1면 및 상기 제 1면의 반대편에 제 2면을 가지며 상기 제 1면으로부터 상기 제 2면까지의 두께를 갖는 직물 웹 염색 방법은, 일반적으로 염료를 직물 웹 두께 전체에(throughout) 도포하는 단계를 포함한다. 그 후 마이크로파 시스템의 마이크로파 적용 챔버를 통해 상기 웹을 개방 배열로 이동시키고, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 상기 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템은 작동시킨다.
다른 구현으로, 제 1면 및 상기 제 1면의 반대편에 제 2면을 갖는 직물 웹의 염색 방법은, 일반적으로 900MHz 및 22℃에서 적어도 약 5 유전손실인자 및 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 약 10 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계 및 그 후 상기 직물 웹이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 직물 웹에 초음파 에너지를 부가하여 웹 전체에 염료의 분배를 촉진하도록 상기 초음파 진동 시스템은 작동시킨다. 그 후, 마이크로파 시스템의 마이크로파 도포 챔버를 통해 상기 웹을 개방 배열로 더 이동시키고, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템은 작동시킨다.
다른 구현으로, 제 1면 및 상기 제 1면의 반대편에 제 2면을 가지며 상기 제 1면으로부터 상기 제 2면까지의 두께를 갖는 직물 웹 염색 방법은, 일반적으로 900MHz 및 22℃에서 적어도 약 5 유전손실인자 및 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 약 10 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹의 두께 전체에 도포하는 단계를 포함한다. 그 후 마이크로파 시스템의 마이크로파 적용 챔버를 통해 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 더 이동시키고, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템을 작동시킨다.
상세한 설명
도면, 특히 도 1을 참고하면, 직물 웹(23)을 염색하는데 이용되는 장치의 일 구현은 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), 나노직물, 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 웹이거나 또는 라미네티트의 하나 이상의 층이 염색되기에 적절한 다층 라미네이트일 수 있다.
상기 용어 "스펀본드(spunbond)"는 용융된 열가소성 물질을 압출된 필라멘트의 직경을 갖는 다수의 미세한, 일반적으로 원형의, 방사구(spinneret)의 모세관으로부터 필라멘트로서 압출하고 그 후 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 3,341,394, Hartman의 미국 특허 번호 3,502,763, 및 Dobo 등의 미국특허 번호 3,542,615에 나타난 바와 같이 신속하게 축소하여(reduce) 형성된 작은 직경의 필라멘트를 나타낸다. 스펀본드 직물은 수집(collecting) 표면 상에 배치(deposit)되는 경우 일반적으로 점착성이 아니다. 스펀본드 직물은 일반적으로 연속적이고 7 미크론 보다 큰, 보다 상세하게 10 내지 20 미크론 사이의 평균 직경을 갖는다(적어도 10 샘플로부터).
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 직물을 나타낸다. 그 후, 상기 멜트블로운 직물은 고속 기체 스트림에 의해 운반되고 수집 표면에 배치되어 랜덤으로 분산된 멜트블로운 직물의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어 Butin 등의 미국특허번호 3,849,241에 개시된다. 멜트블로운 공정은 연속적이거나 도는 비연속적일 수 있는 마이크로직물이며, 일반적으로 평균 직경 10 미크론 미만이고, 일반적으로 수집 표면에 배치되는 경우 점착성이다.
스펀본드 및 멜트블로운 직물의 라미네이트는 예를 들어 이동 형성(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 수집되어, 별도의 결합 단계에서 조합된다. 이러한 라미네이트는 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 웹 두께를 통해 이동할 수 있다. 직물 웹(23)의 "다공도(porosity)"는 직물 내 빈 공간의 양이며 특정의 웹 표본에 대해 하기의 방식에 의해 측정된다. 웹 표본(예를 들어 웹이 일반적으로 균질하고, 균등한 비중을 갖는)의 주어진 길이(센티미터) 및 폭(센티미터)에 대해, 상기 표본의 무게를 적절한 저울로 재고(그램) 두께(센티미터)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 센티미터)를 길이×폭×두께로 결정한다. 웹 표본의 물질 부피(입방 센티미터)(즉, 웹 표본 내 물질에 의해 차지되는 부피)는 웹 표본 중량을 웹을 구성하는 물질의 비중(그램/입방 센티미터)으로 나누어 결정한다. 상기 웹 표본의 다공도(퍼센트)는 그 후 ((총 부피-물질 부피)/총 부피)×100으로서 결정한다.
특히 적절한 구현으로, 상기 직물 웹(23)은 적어도 약 10 퍼센트의 다공도, 보다 바람직하게 적어도 약 20 퍼센트의 다공도를 갖는다. 다른 구현으로 상기 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 약 90 퍼센트의 범위이다.
바람직한 직물 웹의 몇몇 비-제한적인 예는 미국, 남 캘리포니아, Ft. Mill의 Springs 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 표본에 대해 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
상기 염색 장치(21)는 바람직하게는, 염료를 상기 직물 웹(23)의 면들(24a), (24b) 중 적어도 하나에 도포하도록 작동할 수 있는, (25)에서 도식적이고 일반적으로 나타낸 염료 도포 장치를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 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 오직 반대쪽 면(24b), 또는 웹의 양쪽 면에 염료를 도포하도록 작동가능할 수 있는 것으로 이해된다. 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 어느 정도 영구적인 색을 직물 웹(23)과 같은 다른 재료에 부가할 수 있는 물질을 나타낸다. 바람직한 염료는 잉크, 레이크(lakes)(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. 웹 내부로 그리고 웹을 통한 염료의 흐름을 촉진하기 위해 상기 염료는 바람직하게는 약 2 내지 약 100 센티푸아즈(centipoises), 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 20 센티푸아즈, 그리고 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 10 센티푸아즈 범위의 점도를 갖는다.
특히 바람직한 구현으로, 상기 염료는 비교적 높은 유전손실인자를 갖는 것과 같이 마이크로파 에너지의 향상된 흡수를 제공하는 조성물이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상기 "유전손실인자"는 고-주파수 에너지에 대한 물질의 수용성의 측정이다. 측정 값 ε'는 유전 상수로서 가장 자주 언급되며, 한편 측정 값 ε"는 유전손실인자로서 표시된다. 이러한 값은 시험 방법 ASTM D2520 및 저동력이며, 전형적으로 300 KHz 내지 3 GHz의 주파수 범위의 외부 전기장(즉, 0 dBm 내지 +5 dBm)을 갖는 Network Analyzer에 의해 제공된 처리 조건을 이용하여 직접 측정될 수 있으며, Network Analyzer는 20 GHz까지 쉽게 이용가능하다. 가장 통상적으로, 유전손실인자는 900 MHz 또는 2,450 MHz(그리고 약 22℃와 같은 실온에서)의 주파수에서 측정된다. 예를 들어, 적절한 측정 시스템은 HP8720D Dielectric Probe, 및 모델 HP8714C Network Analyzer를 포함할 수 있고, 양자는 모두 미국, 위스콘신, Brookfield의 Agilent Technologies로부터 입수가능하다. 추가의 적절한 분석기(analyzer)는 모델 HP8592B 및 8593E를 포함할 수 있고, 이들 역시 미국, 위스콘신, Brookfield의 Agilent Technologies로부터 입수가능하다. 실질적으로 동등한 장치가 또한 사용될 수 있다. 정의에 의해 ε"는 언제나 양의 값이고, 0 미만의 값은 ε"이 0에 가까운 경우 분석기의 측정 오류에 의해 때때로 관찰된다.
특정의 일 구현으로, 상기 염료는 바람직하게 900MHz 및 22 ℃에서 적어도 약 5, 보다 바람직하게 적어도 약 10, 더욱 바람직하게 적어도 약 11, 그리고 더더욱 바람직하게 적어도 14의 유전손실인자를 갖는다. 비교의 목적으로, 동일한 조건에서 물의 유전손실인자는 약 3.8 미만이다. 다른 적절한 예로, 상기 염료는 2,450 MHz 및 22 ℃에서 적어도 약 10, 보다 바람직하게 약 15, 그리고 더욱 바람직하게 적어도 약 17의 유전손실인자를 갖는다. 물은 동일한 조건에서 약 9.6 이하의 유전손실인자를 갖는다.
예시적으로, 상기 염료는 마이크로파 에너지에 대한 염료의 친화력를 향상시키기 위한 첨가제 또는 다른 물질을 포함할 수 있다. 이러한 첨가제 및 물질의 예는 마그네타이트, 니켈 산화물 등과 같은 다양한 혼합 원자가(mixed valent) 산화물; 탄소, 카본 블랙(carbon black) 및 그래파이트; FeS2 및 CuFeS2와 같은 황화물 반도체; 실리콘 카바이드; 알루미늄, 철 등의 파우더와 같은 다양한 금속 파우더; 다양한 수화염 및 칼슘 클로라이드 2수화물과 같은 다른 염; 규조토; 지방성 폴리에스터(예를 들어 폴리부틸렌 숙시네이트 및 폴리(부틸렌 숙시네이트-코(co)-아디페이트(adipate))), 폴리락트산과 폴리에틸렌 글리콜의 중합체 및 공중합체; 다양한 흡습성(hygroscopic) 또는 물 흡수 물질 또는 보다 일반적으로 많은 -OH 기 위치를 갖는 폴리머 또는 공폴리머를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 적절한 무기 마이크로파 흡수재(absorber)는 알루미늄 히드록시드, 산화아연, 바륨 티타네이트를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 적절한 유기 마이크로파 흡수재의 예는 에스테르, 알데히드 케톤, 이소시아네이트, 페놀, 나이트릴, 카르복실, 비닐리덴 클로라이드, 에틸렌옥사이드, 메틸렌옥사이드, 에폭시, 아민기, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리알킬티오펜을 포함하는 폴리머를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기의 혼합물 또한 직물 웹에 도포될 염료에서의 사용에 적절하다. 상기 선택적 첨가제 또는 물질은 이온성 또는 2극성일 수 있으며, 이에 따라 상기 적용된 에너지 필드가 분자를 활성화할 수 있다.
바라는 유전손실인자를 갖는 적절한 염료의 비-제한적인 예는 대한민국의 유한-킴벌리로부터 하기의 명칭하에서 상업적으로 입수가능한 잉크이다: 67581-11005579 NanoColorant Cyan 220 ml; 67582-11005580 NanoColorant Magenta 220ml; 67583-11005581 NanoColorant Tellow 220 ml; 67584-11005582 NanoColorant Black 220ml; 67587-11005585 NanoColorant Red 220ml; 67588-11005586 NanoColorant Orange 220ml; 67591-11005589 NanoColorant Gray 220ml; 67626-11006045 NanoColorant Violet 220ml.
일 구현에 따른 상기 염료 도포 장치(25)는, 전체 웹의 포화에 의한 것(예를 들어 직물웹을 염료 용액 배스에 담그어 웹을 포화시킴)이 아닌 것으로서, 염료를 직물 웹(23)에 도포하는데 사용되는 어떠한 적절한 장치를 포함할 수 있으며, 상기 염료는 전-계량되거나(예를 들어 최초 염료의 도포 시 초과량이 없거나 소량인 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 것으로 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(Direct 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 그라비어 기술과 유사하다. 상기 제 2롤은 그 후 직물 웹(23)과 접촉하게 되어 염료를 상기 직물 웹 위로 이송한다.
커튼 코팅(Curtain coating): 이는 복수의 슬럿을 갖는 코팅헤드이다. 염료는 이러한 슬럿을 통해 계량되고 직물 웹(23) 위까지 주어진 거리를 아래로 떨어진다.
슬라이드(slide)(케스케이드(cascade)) 코팅: 코팅 헤드가 활성화되고 직물 웹(23)과 직접 접촉하게 되는 염료의 복수 층을 제외하고는 커튼 코팅과 유사한 기술이다. 상기 코팅 헤드와 직물 웹(23) 사이에는 개방 갭(Gap)이 없다.
역방향 및 순방향 롤 코팅(이송 롤 코팅(transfer roll coating)으로도 알려짐): 이는 계량을 위해 염료를 하나의 롤에서 다음의 롤로 이송하는 롤의 스택(stck)으로 이루어진다. 상기 최종 롤은 직물 웹(23)과 접촉하게 된다. 상기 직물 웹(23)의 이동 방향 및 최종 롤의 회전은 상기 공정이 순방향 공정인지 또는 역방향 공정인지 여부를 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 직물 상으로 이송한다.
스프레이 노즐 도포: 염료는 스프레이 노즐을 통해 직접 직물 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 닙 롤러를 통해 직물 웹을 통과시켜 압착하여 과량의 염료가 짜내어질 수 있다(후-계량).
플렉소그래픽(flexographic) 프린팅: 염료를 롤의 양각 패턴화된 표면 상에 이송한다. 이러한 패턴화된 롤은 그 후 직물 웹(23)과 접촉하고 염료를 직물 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 나이프 형태의 헤드에 의해 제거된다.
블레이드 코팅: 염료를 직물 웹(23)의 표면에 도포하고 과량의 염료는 플랫 블레이드(flat blade)의 형태의 헤드에 의해 제거된다.
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 브러쉬를 웹의 표면을 지나 이동하여 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 지나가서 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 구현으로, 상기 직물 웹(23)은 적절하게 대체로 연속적인 웹의 형태이고, 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(나타내지 않음)). 그러나, 상기 직물 웹(23)은 택일적으로 본 발명의 견지를 벗어남이 없이 처리하는 동안 하나 이상의 분리된 웹의 형태인 것이 이해된다. 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, 염료는 상기 초음파 진동 시스템의 바로 업스트림이 아닌 형태로 직물 웹(23)에 도포될 수 있는 것이 이해되며, 본 발명의 견지를 벗어남이 없이 웹이 초음파 처리되는 위치로부터 완전히 떨어진 위치에서 도포될 수 있다.
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 직물웹(23)이 이동하는 방향을 나타낸다(예를 들어, 설명된 구현에서 웹의 길이 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 A1에서 진행하고, 접촉 표면 위를 지난 후 웹은 상기 접촉 표면으로부터 더욱 진행하여 초음파 진동 시스템(61)의 세로 축 X에 대한 이탈 각도 B1로 멀어진다.
이 구현으로, 상기 직물웹(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 이탈 각도 B1은 상기 접근 각도 A1 이하이거나 또는 이상일 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 롤(45) 및 감김 롤(49)에 대해 움직일 수 있도록 조절가능하게 탑재되어 처리될 웹(23)에 대한 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(나타내지 않음)와 도 1 및 2에 나타난 제 2 위치 사이에 배치될 수 있다. 상기 진동 시스템(61)의 제 1 위치에서, 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 방식의 초음파 진동 시스템(61)의 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 이동은 또한 적어도 상기 진동 시스템의 접촉 표면(63)에 대하여(against) 놓인 직물 웹의 단편을 따라 웹(23)의 장력에 기여하거나 또는 장력을 증가시키는 한편, 상기 웹은 풀림 롤(45)과 감김 롤(49) 사이에 유지된다. 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 단편에서, 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 염료는 직물 웹의 일 면(24a)에 도포되는 한편, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 반대 편의 면(24a)에 접촉하여, 상기 염료는 대신 상기 초음파 진동 시스템이 반대편 면(24a)과 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 지시되고 상기 설명된 구현에서 진동 시스템의 말단(65)을 정의하며, 보다 상세하게 진동 시스템의 접촉 표면(63)을 정의하는, 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)은 예를 들어 그 폭(w)을 따라 일반적으로 연장된 초음파 바(ultrasonic bar)(또한 종종 블레이드 호른(blade horn)이라고 불림) 형태가 된다. 일 구현으로 상기 초음파 호른(71)은 적절하게 일원의 구조이고, 호른의 말단(73)에 의해 정의된 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 정의된 접촉 표면(63)이 일반적으로 평평하고 직사각형이 되도록 형성된다. 그러나, 상기 호른(71)은 호른의 말단에 의해 정의된 접촉 표면(63)은 본 발명의 견지를 벗어나지 않고, 더욱 둥글거나 또는 평평하지 않도록 형성될 수 있다. 것으로 이해된다. 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 상기 웹의 폭과 대략 동일하거나 이를 초과하는 크기를 갖는다.
초음파 호른(71)의 두께(t)(도 4)는 바람직하게는 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 정의하는 한 상기 호른(71)은 도 3 및 4에서 기술된 바와 다르게 형성될 수 있고 본 발명의 견지 내에 잔존할 수 있는 것으로 이해된다.
상기 설명된 구현의 초음파 진동 시스템(61)은 바람직하게 초음파 호른, 초음파호른(71)과 동축으로 배치(예컨데, 세로로)되고 한쪽 끝이 상기 호른의 연결 말단(75)에서 연결된 부스터(booster)(77), 및 부스터의 반대편 끝에 동축으로 배치되고 연결된 컨버터(converter)(79)(또한 종종 트랜스듀서(transducer)로 칭함)를 포함하는 스택(stcak)으로 일반적으로 언급되는 형태이다. 상기 컨버터(79)는 동력 공급원 또는 발생기(generator)(나타내지 않음)와 전기통신하여 상기 동력 공급장치로부터 전기적 에너지를 받고 상기 전기적 에너지를 고주파수의 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 동력 공급원, 컨버터(79) 및 부스터(77)의 구조 및 작동은 당해 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 더욱 설명될 필요가 없다.
일 구현으로, 상기 초음파 진동 시스템(61)은 약 15kHz 내지 약 100kHz범위, 보다 바람직하게는 약 15kHz 내지 약 60 kHz, 그리고 더욱 바람직하게는 약 20kHz 내지 약 40 kHz 범위의 주파수에서 작동가능(예를 들어 동력 공급원에 의해)하다. 초음파 진동에 대한 상기 호른(71)의 진폭(예컨데, 변위), 그리고 보다 상세하게 이의 말단(73)은 동력 공급원의 투입 동력을 맞추어서 변화시킬 수 있으며, 투입 동력이 증가하면 상기 진폭은 일반적으로 증가한다. 예를 들어, 적절한 일 구현으로 상기 투입 동력은 약 0.1kW 내지 약 4kW의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.5 kW내지 약 2k의 범위이고 더욱 바람직하게는 약 1kW이다.
직물 웹을 염색방법의 일 구현에 따른 작동으로, 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 초음파 진동 시스템(61)을 지난다. 상기 초음파 진동 시스템(61)은 진동 시스템의 말단(65)(그리고 그에 따라 접촉 표면(63))이 직물 웹의 바라는 접근 각도 및 이탈 각도 A1, B1로 상기 직물웹을 따라 변위(displaced)되어 제 2 위치에 존재한다(도 1 및 2에서 설명한 바와 같이). 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 지나가는 본 명세서에서 일반적으로 개방 배열(open configuration)로서 언급되는 형태로 적절하게 배치된다. 상기 용어 "개방 배열(open configuration)"은 직물 웹(23)이 상기 진동 시스템(61)의 접촉 표면(63)과 접촉하는 웹의 적어도 단편에서 일반적으로 평평하거나 또는 다른 방식으로 펼쳐진(unfolded), 펴진(ungathered) 그리고 풀린(untwisted) 것을 의미하는 것으로 의도된다.
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, 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)으로 언급되는 것을 결정한다. 그리고 나서 본 명세서에서 상기 용어 "체류시간"은 직물 웹이 접촉 표면 위로 드로우(draw)됨에 따라 직물 웹(23)의 단편이 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(71의 )진동 진폭 및/도는 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 동력 공급원에 의해 작동하여 상기 직물 웹(23)의 반대편 면(24b)이 진동 시스템의 접촉 표면(63) 위러 드로우 됨에 따라 상기 초음파 호른(71)을 초음파적으로 진동시킨다. 상기 호른(71)은 초음파 에너지를 호른의 말단(73)에 의해 정의된 접촉 표면(63)과 접촉하고 있는 직물 웹(23)의 단편에 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.
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 초음파 에너지를 웹의 면(24a)에 적용할 수 있는 제 2 초음파 진동 시스템(나타내지 않은)을 사용할 수 있는 것으로 생각된다.
도 1을 다시 참고하면, 염색된 직물 웹의 초음파 처리에 후속적으로, 상기 직물 웹은 일반적으로 (101)로 지시되며 고 주파수, 전자기 방사선 에너지, 및 보다 바람직하게 마이크로파 에너지를 염색된 직물 웹(23)에 지시하도록 작동가능한 마이크로파 시스템으로 그리고 이를 통해 더욱 전진되어 웹에 대한 염료의 신속하고 향상된 부착을 촉진한다. 예를 들어, 특히 바람직한 구현으로, 상기 마이크로파 시스템(101)은 약 0.01 MHz 내지 약 5,800 MHz 범위의, 그리고 보다 바람직하게 약 900 MHz 내지 약 2,450 MHz 범위의 주파수를 갖는 에너지를 사용할 수 있다. 일 구현으로, 상기 주파수는 보다 바람직하게 약 900MHz이다. 다른 구현으로 상기 주파수는 보다 바람직하게 약 2,450 MHz이다.
도 5를 참고하면, 상기 마이크로파 시스템(101)은 바람직하게는 작동하여 바라는 양의 마이크로파 에너지를 생산할 수 있는 마이크로파 발생 장치(103), 도파관(wave guide)(105) 및 기계 방향(도 5에 화살표 방향으로 지시됨)으로 움직이는 동안 직물 웹(23)이 통과하는 적용 챔버(107)를 포함한다. 예를 들어, 마이크로파 발생 장치의 상기 투입 동력은 바람직하게는 약 1,500 와트(watts) 내지 약 6,000 와트의 범위 내이다. 그러나, 본 발명의 견지를 벗어나지 않고 다른 구현에서 상기 동력 투입량은 실질적으로 약 75,000 와트 이상과 같이 더 클 수 있는 것으로 이해된다.
도 6에서 설명된 특정 구현으로, 상기 적용 챔버(107)는 상기 도파관(105)에 작동적으로(operatively) 연결되고 끝벽(128), 직물 웹(23)을 적용 챔버로 수용하기 위한 입구 개방부(도 6에서 나타내지 않앗으나 도 7에 나타낸 입구 개방부(102)과 유사함), 및 직물 웹이 감김롤(49)에 대한 후속적인 이동을 위해 적용 챔버를 나가는 출구 개방부(104)를 갖는 하우징(126)을 포함한다. 상기 입구 및 출구 개방부(102, 104)는 바람직하게는 직물 웹(23)보다 약간 크게 크기를 결정하고 형성되어 상기 직물 웹이, 그 개방 배열로, 상기 입구 및 출구를 지나는 한편 상기 적용 챔버로부터의 과량의 에너지 누출을 억제하도록 한다. 상기 도파관(105) 및 적용 챔버(107)는 알루미늄, 구리, 황동, 청동, 금 및 은뿐만 아니라 이의 조합과 같은 적절한 비철(non-ferrous) 전기적-전도성 재료로 구성될 수 있다.
특정 일 구현에서 상기 적용 챔버(107)는 그 안에서 마이크로파 에너지가 유효한 정상파 (standing wave)를 생산할 수 있도록 동조된(tuned) 챔버이다. 예를 들어, 상기 적용 챔버(107)는 공진 챔버로 형성될 수 있다. 공진 적용 챔버(107)의 적절한 배치의 예가 1996.7.16에 발행된 SYSTEM FOR APPLYING MICROWAVE ENERGY IN SHEET-LIKE MATERIAK을 명칭으로 하는 Hedrick 등의 미국 특허 번호 5,536,921; 및 1999.6.29일에 발행된 COMPOSITE MATERIAL WITH ELASTICIZED PORTIONS AND A METHOD OF MAKING THE SAMNE의 명칭의 Brandon 등의 미국 특허 번호 5,916,203에 기술되어 있다. 이러한 문헌의 전체 명세서는 본 명세서와 모순되지 않는한 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.
다른 구현으로, 상기 적용 챔버(107)의 유효성은
적용 챔버 내에서 적용 챔버(107)와 표적 물질(예를 들어 직물 웹(23))의 조합으로 제공된 임피던스 부하(impedance load)로부터 반사되는 동력(power)의 측정에 의해 결정될 수 있다. 특정의 견지로, 상기 적용 챔버(107)는 임피던스 부하에 전달된 동력의 최대 약 50% 이하인 반사된 동력을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 반사된 동력은 택일적으로 전달된 동력 약 20% 이하일 수 있고, 임의로 전달된 동력 약 10% 이하일 수 있다. 그러나, 다른 구현으로, 상기 반사된 동력은 실질적으로 영(zero)일 수 있다. 택일적으로 상기 반사된 동력은 전달된 동력의 약 1% 이하일 수 있고, 그리고 임의로 전달된 동력의 약 5% 이하일 수 있다. 상기 반사된 동력이 너무 높은 경우, 부적절한 수준의 에너지가 염색된 직물 웹(23)에 의해 흡수되고 상기 염색된 웹으로 지시된 동력이 비효율적으로 사용된다.
상기 적용 챔버(107)는 또한 적어도 최소 200의 Q-인자를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 Q-인자는 택일적으로 적어도 약 5,000일 수 있고, 그리고 임의로 적어도 약 10,000일 수 있다. 다른 구현으로, 상기 Q-인자는 약 20,000 이상까지일 수 있다. 만약 상기 Q-인자가 너무 낮은 경우, 부적절한 전기장 강도가 염색된 직물 웹에 제공된다. 상기 Q-인자는 하기 식에 의해 결정될 수 있다(영국, 런던에 위치한 Peter Peregrinus, Limited에 의해 발행된 R.C.Metaxas 및 R.J.Meredith에 의한 Industrial Microwave Heating 표제의 책에서 찾을 수 있음, 저작권 1983, 재판 1993):
Q-인자=fo/△f
여기서:
fo=계획된 공진 주파수(전형적으로 고-주파수 발생 장치에 의해 제공된 주파수), 그리고
△f=반-동력(half-power) 지점들 사이의 주파수 분리.
Q-인자의 결정에 있어서, 상기 염색된 직물 웹(23)에 의해 흡수된 동력은 상기 적용 챔버(107) 내 웹으로 전달된 동력에서 상기 적용 챔버로부터 되돌아온 반사된 동력을 뺀 것으로 생각된다. 피크(peak)-동력은 상기 동력이 계획된 공진 주파수, fo에서 제공된 경우에 염색된 직물 웹(23)에 의해 흡수된 동력이다. 상기 반-동력 지점은 염색된 직물 웹(23)에 의해 흡수된 동력이 피크-동력의 반으로 떨어지는 지점의 주파수이다.
예를 들어, 적절한 측정 시스템은 HP8720D Dielectric Probe, 및 모델 HP8714C Network Analyzer를 포함할 수 있고 양자는 모두 미국, Wis., Brookfield에 위치한 오피스를 갖는 기업인 Agilent Technologies로부터 입수할 수 있다. 다른 적절한 애널라이저(analyzer)는 모델 HP8592B 및 8593E를 포함할 수 있고, 역시 미국, Wis., Brookfield의 Agilent Technologies로부터 입수할 수 있다. Q-인자의 결정을 위한 적절한 절차가 1998년, 파트(part) 번호 09712-90056의 사용자 매뉴얼에 기술되어 있다. 실질적으로 동등한 장치 및 절차가 또한 사용될 수 있다.
다른 견지로, 상기 적용 챔버(107)는 적용 챔버 내에서 표적 물질(예를 들어 염색된 직물 웹(23))의 존재에 의해 생성된 부하 임피던스를 작동적으로(operatively) "조화(match)"하기위한 선택적인 동조(tuning)를 위해 구성될 수 있다. 상기 적용 챔버(107)의 동조는 예를 들어 마이크로파 장치의 "동조"에 유용한 어떠한 기술에 의해 제공될 수 있다. 이러한 기술은 상기 적용 챔버(107)를 도파관 구멍(aperture)의 크기 및/또는 형태가 변하는 선택적으로 가변인 기하학을 갖도록 형성하는 단계, 조절가능한 임피던스 구성요소(예컨데, 정합 동조기(stub tuner))를 이용하는 단계, 적용 챔버의 스플릿-쉘(split-shell) 움직임을 이용하는 단계, 적용 챔버에 전달된 에너지의 주파수를 변경하기 위해 조절가능한 가변의 주파수 에너지원을 이용하는 단계, 또는 유사한 기술을 이용하는 단계뿐만 아니라 이의 조합을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 적용 챔버(107)의 가변의 기하학은 예를 들어 끝벽(128) 중 하나 또는 모두의 선택된 움직임에 의해 제공되어 그 사이의 거리를 조절할 수 있다.
도 7-10에 대표적으로 나타낸 바와 같이, 상기 동조 특징은 선택적으로 크기가 결정된 구멍(132) 또는 다른 개방부를 갖는 구멍 판(aperture plate)(130)을 포함할 수 있다. 상기 구멍 판(130)은 상기 도파관(105)이 적용 챔버 하우징(126)에 연결되는 위치에 배치되거나 또는 작동적으로 그 위치에 인접할 수 있다, 상기 구멍(132)은 적용 챔버(107)로 지시되는 에너지의 파형 및/또는 파장을 조절하기 위해 적절하게 구성되고 크기가 결정될 수 있다. 나아가, 정합 동조기(134)가 상기 도파관(105)에 작동적으로 연결될 수 있다. 도 7을 참고하여, 상기 도파관(105)은 두 개의 끝벽(128) 사이에 삽입된 위치에서 마이크로파 에너지를 챔버(107)로 지시할 수 있다. 상기 끝벽(128) 중 하나 또는 모두는 선택적으로 변위가능한(positionable) 끝-캡(end-cap)을 제공하기 위해 가동적일 수 있고, 상기 끝벽 중 하나 또는 모두는 나타낸 정합 동조기(134)에 의해 대표적으로 제공되는 것과 같은 가변적인 임피던스 장치를 포함할 수 있다. 택일적으로, 나하 이상의 정합 동조기(134)가 적용 챔버(107) 내의 다른 작동적인(operative) 위치에 배치될 수 있다.
도 8을 참고하면, 상기 도파관(105)은 마이크로파 에너지를 적용 챔버(107)의 한 쪽 끝으로 전달하기 위해 배치될 수 있다. 나아가, 상기 챔버(107)의 반대쪽 끝의 끝벽(128)은 상기 구멍판(130)과 상기 끝벽(128) 사이의 거리를 조절하기 위해 선택적으로 가동적(movable)일 수 있다.
도 9에 설명된 구현으로, 상기 적용 챔버(107)는 비-직선의 하우징(126)을 포함한다. 추가의 특징으로, 상기 하우징(126)은 작동적으로 가동적인 스플릿(split) 부분(126a) 및 (126b)을 제공하기 위해 분리될 수 있다. 상기 챔버(스플릿-부분)(126a), (126b)는 상기 적용 챔버(107)의 크기 및 모양을 조절하기 위해 선택적으로 변위기능할 수 있다. 대표적으로 나타낸 바와 같이, 끝벽(128)의 한 쪽 또는 양쪽은 가동적이어서 선택적으로 변위가능한 끝-캡을 제공하고, 끝벽의 한 쪽 또는 양쪽은 대표적으로 나타낸 정합 동조기(134)에 의해 제공된 바와 같은 가변의 임피던스 장치를 포함할 수 있다. 택일적으로, 하나 이상의 정합 동조기(134)는 상기 챔버(107) 내에 다른 작동적인 위치에 배치될 수 있다.
상기 적용 챔버(107)를 동조(tune)하기 위해, 상기 정해진 동조 구성 요소는 통상적인, 반복되는 방식으로 조절되고 변조되어 부하로(예를들어 염색된 직물 웹으로) 동력을 최대화하고, 그리고 반사된 동력을 최소화한다. 따라서, 상기 동조 구성요소는 조직적으로(systematic) 가변되어 직물 웹(23)으로의 동력을 최대화하고 반사된 동력을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사된 동력은 통상적인 동력 센서에 의해 검출될 수 있고, 통상적인 파워 미터(power meter)로 표시될 수 있다. 상기 반사된 동력은 예를 들어 아이솔레이터(isolator)의 위치에서 검출될 수 있다. 상기 아이솔레이터는 반사된 에너지로부터 마그네트론(magnetron)을 보호하기 위해 사용되는 통상적인, 상업적으로 입수가능한 장치이다. 전형적으로, 상기 아이솔레이터는 마그네트론과 도파관(105) 사이에 배치된다. 적절한 동력 센서 및 파워 미터는 상업적인 판매자로부터 입수할 수 있다. 예를 들어, 적절한 동력 센서는 미국, 위스콘신의 Agilent Technologies of Brookfield로부터 입수가능한 HP E4412 CW 동력 센서에 의해 제공될 수 있다. 적절한 파워 미터는 HP E4419B 파워 미터에 의해 제공되고, 이 또한 Agilent Technologies로부터 입수가능하다.
상기 적용 챔버(107)의 다양한 구성에서, 적절한 크기의 구멍 판(130) 및 적절한 크기의 구멍(132)이 연속적인 생성물을 수용하는데 요구되는 가변의 동조 조절 양의 감소를 도울 수 있다. 상기 가변의 임피던스 장치(예를 들어 정합 동조기(134))는 또한 연속적인 웹(23)의 처리를 수용하기 위해 요구되는 가변 동조 조절 양의 감소를 도울 수 있다. 상기 가변-위치 끝 벽(128) 또는 끝캡은 가변의 부하(load)를 수용하기 위한 보다 용이한 조절을 가능하게 할 수 있다. 상기 적용 챔버(107)의 스플릿-하우징(126a), (126b)(예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이) 구조는 다양한 두께를 갖는 웹(23)의 수용을 도울 수 있다.
도 10에 도시된 다른 구현으로, 상기 마이크로파 시스템(101)은 2개 이상의 적용 챔버(107)(예컨데 107a+107b+...)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 활성화 챔버(107)는 예를 들어 대표적으로 나타나는 직렬 배열로 배치될 수 있다.
적용 챔버(107) 크기의 일 예로서, 다양한 구현에서 상기 챔버는 바람직하게 적어도 약 4cm의 기계-방향(다양한 구현에서 방향 화살표에 의해 지시됨) 길이(예를 들어 입구(102)로부터 출구(104)까지, 챔버 내에서 웹이 이를 따라 마이크로파 에너지에 노출됨)를 가질 수 있다. 다른 견지에서, 상기 챔버(107) 길이는 최대 약 800cm 또는 그 이상까지일 수 있다. 상기 챔버(107) 길이는 택일적으로 약 400cm까지, 그리고 임의로 약 200cm까지일 수 있다. 보다 상세한 예로서, 바람직하게 상기 챔버(107) 길이는, 동조된 구형 공동에 대해, 작동 주파수 약 5,800 MHz 어플리케이터(applicator)에 대해 약 4.4cm, 작동 주파수 약 2,450 MHz에 대해 약 8.9cm, 그리고 작동 주파수 약 915 MHz에 대해 약 25cm이다. 이러한 길이는 다모드(multomode) 마이크로파 시스템보다 훨씬 길 수 있다.
상기 마이크로파 시스템(101)이 직렬로 연결된 둘 이상의 적용 챔버(107)를 이용하는 경우, 복수의 챔버에 의해 제공되는 기계-방향 길이의 총 합은 적어도 약 10cm이고 낮은 주파수의 경우 비례적으로 길 수 있다. 예를 들어, 다른 견지에서 상기 챔버(107) 길이의 합은 최대 약 3000cm이상일 수 있다. 챔버(107) 길이의 합은 택일적으로 약 2000cm까지, 그리고 임의로 약 1000cm까지일 수 있다. 적용 챔버(107) 또는 채버들 내의 총 체류 시간은 특징적으로 효과적인 체류 시간을 제공할 수 있다. 상기 마이크로파 시스템(101)에 관하여 상기 용어 "체류 시간(dwell time)"은 염색된 직물 웹(23)의 특정 부분이 상기 적용 챔버(107) 내에서 보내는 시간의 양, 예를 들어 상기 챔버의 입구(102)에서 출구 개방부(104)까지 움직이는 시간의 양을 나타낸다. 특정 구현으로, 상기 체류 시간은 바람직하게는 적어도 약 0.0002초이다. 상기 체류 시간은 택일적으로 적어도 약 0.005 초, 그리고 임의로 적어도 약 0.01 초일 수 있다. 다른 구현으로 상기 체류 시간은 최대 3 초까지, 보다 적절하게 약 2초 까지, 그리고 임의로 약 1.5초까지일 수 있다.
작동에서, 염색된 직물 웹(23)이 웹 두께를 관통하여 염료의 분배를 촉진하는 초음파 진동 시스템(61)을 지나 이동한 후, 상기 웹은 마이크로파 시스템(101)의 적용 챔버(107)을 통해 이동한다(즉, 설명된 구현에서 드로우됨(drawn)). 상기 마이크로파 시스템(101)은 작동하여 염료(예를 들어, 일 구현에서 마이크로파 에너지에 대한 친화성을 갖거나 또는 이와 연결됨(couple))에 의한 흡수를 위해 마이크로파 에너지를 적용 챔버(107)에 지시한다. 따라서, 상기 염료는 신속하게 가열되고, 그에 따라 후속적으로 염료가 직물에 결합하게 되는 속도를 높인다(예를 들어 오븐에서의 경화와 같은 통상적인 가열 방법과 대비하여). 상기 웹은 세척에 의한 미부착 염료의 제거, 및 다른 바람직한 후-공정 단계와 같은 후속적인 후-공정을 위해 후속적으로 마이크로파 시스템(101)의 하류로 이동한다.
설명된 구현으로, 상기 직물 웹(23)은 먼저 초음파 에너지 처리하여 웹을 관통하여 염료의 분배를 촉진하고, 그 후 마이크로파 에너지 처리하여 웹에 대한 염료의 향상(및 진척)된 결합을 촉진한다. 공정의 이러한 조합은 초음파 진동 단계를 생략하고 마이크로파 에너지만을 웹에 적용하는 경우 보다 웹에 대한 염료의 향상된 결합의 결과를 가져오는 것으로 나타난 한편, 본 발명의 견지를 벗어나지 않고, 다른 구현에서 상기 웹은 염료 도포 후 마이크로파 에너지를 처리하고, 그에 따라 상기 초음파 진동 단계를 생략할 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 구현에서, 상기 염료는 처음에 웹을 포화(예를 들어 웹을 염료 배스에 침적하여)시키거나 또는 웹에 대해 직접 초음파 에너지를 적용하는 것을 수반하지 않는 다른 적절한 염색 기술에 의해 웹을 관통하여 도포될 수 있는 것으로 생각된다.
도 1은 직물 웹 염색 공정의 일 구현에 따라 직물 웹을 염색하기 위한 장치의 일 구현을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 장치의 초음파 진동 시스템 및 지지 프레임의 측면도이다.
도 3은 도 1의 장치의 초음파 진동 시스템의 정면도이다.
도 4는 이의 측면도이다.
도 5는 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 일 구현의 사시도이다.
도 6은 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 제 2 구현의 사시도이다.
도 7은 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 제 3 구현의 사시도이다.
도 8은 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 제 4 구현의 사시도이다.
도 9는 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 제 5 구현의 사시도이다.
도 10은 도 1의 장치에 사용하기 위한 마이크로파 시스템의 제 6 구현의 사시도이다.
대응하는 참고 번호는 도면 전체에서 대응하는 부분을 지시한다.
실험
염색된 웹을 먼저 초음파 진동 처리하고 그 후 마이크로파 에너지 처리하는 상기 공정의 유효성을 결정하고, 그리고 이러한 유효성을 초음파 진동 단계를 생략한(예컨데, 단지 마이크로파) 상술한 공정, 및 염색된 웹이 염색된 후 단순히 오븐 에서 경화되는 통상적인 공정(예컨데, 초음파 또는 마이크로 파 없이)과 비교하기 위해 실험이 수행되었다. 이러한 공정의 평가는 공정 후 웹의 앞면 및 뒷면 모두 위의 염료의 색 강도에 기초한다.
색은 일반적으로 스펙트로덴시토미터(spectrodensitometer)를 이용하여 측정되며, 이는 반사된 빅을 측정하고 하기에서 설명되는 측색(colorimetric) 데이타를 제공한다. 가시 범위에서 반사되는 빛(즉, 400nm 내지 700nm의 파장을 가짐)이 색의 수치적인 표지를 제공하도록 가공된다. 이러한 장치의 예는 X-Rite, Incorporated of Grandville, Michigan으로부터 입수가능한 X-Rite 938 반사 스펙트로덴시토미터이다. 상기 장치로부터 발생된 데이타의 분석을 위한 바람직한 프로그램은 X-Rite, Incorporated로부터 입수가능한 X-Rite QA Master 2000 소프트웨어이다.
색은 일반적으로 색상(hue), 채도(chroma 또는 saturation), 및 명도(lightness)(종종 명암도 또는 밝기로 칭함) 세 가지의 요소의 관점에서 기술될 수 있다. 색상(h)은 특정한 색의 지각된 특성으로 색의 스펙트럽 위치를 결정하고 이를 청색, 녹색, 적색 또는 황색으로 분류한다. 채도는 색의 선명함 또는 탁함을 설명한다. 이는 색이 회색(gray)(모든 색의 혼합) 또는 순수한 색상에 얼마나 가까운지에 대한 측정이다. 채도(c)는 두 가지 측정으로 분류될 수 있다: a-색의 적색도(redness) 또는 녹색도(greeness)의 측정; 및 b-색의 황색도(yellowness) 또는 청색도(blueness)의 측정. a에 대한 범위는 -60 내지 60이고, 상기 범위 구획 0 내지 60은 60에 접근함에 따라 적색의 채도가 증가를 나타내고, 상기 범위 구획 0 내 지 -60은 -60에 접근함에 따라 녹색의 채도가 증가함을 나타낸다. 채도는 C=(a2+b2)1/2로 정의된다. 명도는 색의 광도(luminous intensity), 또는 색의 얼마나 백색 또는 흑색에 가까운지이고 0(흑색) 내지 100(백색) 값의 범위이다. 이 모든 특징은 상술한 스펙트로덴시토미터를 이용하여 결정될 수 있고, QA Master 2000 소프트웨어로 분석된다.
상기 실험을 위해, 미국, 펜실베니아, West Pittston의 Test Fabrics, Inc.로부터 Style No. 419-표백된, 머서화된(mercerized), 코움된(combed) 브로드클로스(broadcloth)로서 상업적으로 입수가능한 면 웹의 마스터 롤(master roll)을 직물 웹으로 사용하였다. 상기 웹은 제곱 미터 당 약 120그램의 평량(basis weight)을 가지고 대략 4 인치(약 10.2cm)의 폭을 갖는다.
대한민국의 유한-킴벌리로부터 67584 11005582 NanoColorant Black 220ml의 명칭으로 상업적으로 입수 가능한 흑색 잉크를 잉크 용액으로서 사용하였다. 상기 잉크 어플리케이터(applicator)는 플로리다, Spraymation of Fort Lauderdale로부터 Spraymation Electromatic Air Atomized Applicator Head, Model 79200로서 상업적으로 입수가능한 엘렉트로메트릭(electrometric) 공기 원자화(atomization) 스프레이 어플리케이터 노즐이다. 잉크는 Cole Parmer Instrument Company로부터 입수가능한 모델 번호 7550-10의 Masterflex L/S-Computerized 구동 펌프를 이용하여 상기 노즐로 펌프된다. 상기 펌프는 일리노이의 Barnant Company of Barrington에 의해 제조되었다. 상기 어플리케이터는 약 35 그램/제곱 미터의 속도로 작동된다.
초음파 진동 시스템을 위해, 사용된 다양한 구성 요소가 미국, 일리노이, St. Charles의 Dukane Ultrasonics로부터 하기의 모델 번호로 상업적으로 입수가능하다: 파워 서플라이(power supply)-모델 20A3000; 컨버터- 모델 110-3123; 부스터(booster)-모델 2179T; 및 호른(horn) 모델 11608A. 특히, 상기 호른은 약 1.5인치(3.81cm)의 연결 끝 두께, 약 0.5 인치(1.27cm)의 말단 두께, 약 6.0 인치(15.24cm)의 폭 및 약 5.5 인치(13.97cm)의 길이(예를 들어 설명된 구현에서 높이)를 갖는다. 호른의 말단에 의해 정의되는 상기 접촉 표면은 평평하고, 약 0.5 인치(1.27cm)의 접촉 표면 길이(예컨데, 호른의 말단에서의 두께와 대략 동일한)의 결과를 가져온다.
사용된 상기 마이크로파 시스템은 상술한 바와 유사하며 도 5에 설명되고 National Electronics Model GEN6KW480으로서 National Electronics of LaFox, Illinois로부터 상업적으로 이용가능하고 6KW까지의 동력을 전달할 수 있는 동력 공급원에 의해 작동한다. 마이크로파 시스템의 공진 공동(resonant cavity)은 약 3.5 인치(8.9cm)의 깊이(즉, 상기 공동을 통하여 웹의 이동의 기계 방향)를 갖는다.
세 개의 다른 공정이 이 실험을 위해 시험되었다: 1) 웹이 초음파 진동 및 마이크로파 에너지 대신 오븐 경화 처리되는 대조구, 2) 웹이 마이크로파 에너지로 처리되나 초음파 진동처리 되지 않는 공정, 및 3) 웹이 초음파 진동 및 마이크로파 에너지 모두로 처리되는 공정. 각각의 공정을 위해, 감긴 형태의, 마스터 웹(master web)을 풀림 롤 상에 배치하고 풀고 초음파 진동 시스템을 지나 마이크 로파 시스템을 통해 개방 배열(open configuration)로 적절한 감김 롤 및 구동 메커니즘에 의해 약 4ft/min(약 1.2 미터/분)의 속도로 드로우(draw)하였다. 웹이 초음파 진동 시스템에 도달하기 전에, 염료 용액을 염료 어플리케이터에 의해 초음파 진동 시스템으로부터 멀리 향한(face away) 웹의 면(하기 본 명세서에서 웹의 앞면으로 언급된다.) 위로 스프레이한다.
상기 웹의 반대 면(즉, 염료가 스프레이된 면의 반대 면-하기 본 명세서에서 웹의 뒷면으로 언급된다.)은 그 후 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 드로우(drawn)된다(즉, 그와 함께 직접 접촉으로). 이는 약 0.63초의 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 상 웹의 체류 시간 결과를 가져온다. 웹 폭의 인치 당 약 1 파운드의 균일한 장력이 상기 웹이 적용되었다. 초음파 진동 시스템의 세로 축에 관한 상기 웹의 접근 및 이탈 각도는 각각 약 20도였다. 상기 웹은 후속적으로 마이크로파 시스템의 공진 공동을 통해 그리고 감김 롤로 드로우된다.
웹 재료의 마스터 롤의 적어도 약 20 피트가 시험될 각 공정에 따라 실행되었다. 특정한 공정의 실행이 완성되면, 염색된 웹의 대표적인 3 피트의 샘플을 상기 가공된 웹으로부터 절단하고, 상기 샘플의 L, a 및 a 값을 웹의 앞면 및 뒷면 모두에 대해 앞에서 기술한 바와 같이 측정한다. 그 후 상기 웹 샘플을 99.9 부피%의 물 및 0.1 부피%의 세정제(Procter and Gamble of Cincinnati, Ohio로부터 Joy의 상품명으로 입수가능)를 포함하는 세정제(detergent) 혼합물 1 갤론 배스(bath)에서 세척하여 상게 웹 샘플로부터 미결함 염료를 제거한다. 상기 웹 샘플로부터 염료가 거의 또는 전혀 씻겨져 나오지 않을 때까지 상기 배스를 단속적으로 버리고 깨끗한 세정제 용액으로 재충전한다. 상기 웹의 앞면 및 뒷면에 대한 L, a 및 b 값을 세척 후에 다시 측정한다. 전-세척 색 데이터를 참고로 사용하여, "△E" 값을 하기와 같이 결정한다:
△E = (△L2 + △a2 + △b2)1/2
대조구 공정을 위해서는 초음파 진동 시스템 및 마이크로파 시스템을 모두 정시키킨다. 상기 염색된 웹으로부터 절단된 웹 샘플을 전-세척 색 데이타 측정을 위하기에 앞서 180 ℃에서 3분간 오븐에 배치한다. 2차 공정으로, 초음파 진동 시스템을 정지하는 한편 마이크로파 시스템을 2,450 MHz 및 200와트(watt)의 흡수 동력(absorbed power)에서 작동시킨다. 세번째로 웹을 20lHZ에서 작동하는 초음파 진동 시스템 및 2,450 kHZ 및 흡수 동력 200 와트로 작동하는 마이크로파 시스템으로 처리한다.
실험의 결과를 하기 표에 정리하였다.
공정 설명 △E L(세척 후)
대조구
앞면
뒷면
1.25
2.05
22.73
28.89
마이크로웨이브만
앞면
뒷면
4.01
2.10
26.53
30.33
초음파/마이크로웨이브
앞면
뒷면
1.12
0.86
23.69
22.70
먼저, 명도(L)에 촛점을 맞추어, 상기 염료는 흑색 염료로 명도(L)가 0에 가까워질수록 웹의 각 면이 더욱 "흑색"으로 나타난다. 대조구에서 쉽게 확인할 수 있는 바와 같이, 뒷면(염료 용액이 도포되지 않은 면)은 앞면(염료가 최초로 도포 되는)보다 높은 명도(L)를 가지며, 이는 상기 염료 용액이 웹의 앞면으로부터 뒷면까지 웹을 관통하여 잘 분배되지 않았음을 의미한다. 마이크로파 에너지만 처리한 표본에 대해서도 동일하다. 반대로, 초음파 진동 처리한 표본에 대해서 상기 염료가 더욱 웹을 관통하여 보다 충분하게 이의 뒷면까지 나아가며 웹의 앞면 및 뒷면이 거의 동일한 명도를 나타낸다.
상기 △E 값은 염료의 각 웹 표본으로의 결합에 대한 시험된 공정의 유효성의 표지를 제공한다. 즉, 상기 △E 값은 세척 전 및 후에 취한 L, a 및 b 값의 차이에 기초하기 때문에, 양의 △E는 염료가 세척 공정에 의해 세척되어 제거되고 그에 따라 흑색 염료의 색이 바라거나 낮은 강도로 표현하는 것을 의미한다. 마이크로파 에너지만을 처리한(예를 들어 초음파 에너지 처리하지 않음) 웹 표본에 대해, 상기 △E는 대조군 웹 표본에 대한 것보다 높았다. 따라서, 상기 웹을 마이크로파 에너지로만 처리하는 것은 염료의 웹에 대한 향상된 부착을 보정하지 않는다. 그러나, 웹을 마이크로파 에너지에 앞서, 초음파 에너지 처리하는 것은 대조구 공정, 특히 웹의 뒤면에서, 보다 낮은 △E의 결과를 가져온다. 이는 초음파 에너지와 마이크로파 에너지의 조합이 공정동안 웹에 대한 염료의 향상된 부착을 제공하는 것을 지시한다.
본 발명 또는 이의 바람직한 구현의 구성요소들을 기술하는 경우, 관사("a", "an", "the" 및 "said(상기)")는 하나 이상의 구성요소들을 의미하는 것으로 의도된다. "포함하는(comprising, including)" 및 "갖는(having)"의 용어는 포괄적이고 나열된 구성요소 외에 추가의 구성 요소가 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 의도 된다.
본 발명의 견지를 벗어나지 않고 상술한 구조 밀 방법의 다양한 변화가 이루어질 수 있으며, 상기 명세서 및 첨부된 도면에 포함된 모든 요소는 예시를 위한 것으로본 발명이 이에 제한되지 않도록 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 900MHz 및 22℃에서 적어도 5의 유전손실인자를 갖는 염료를 직물 웹에 도포하는 단계;
    상기 직물 웹이 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계;
    상기 직물 웹에 초음파 에너지를 부가하여 웹을 통한 염료의 분배를 촉진하도록 상기 초음파 진동 시스템을 작동시키는 단계;
    상기 웹에 초음파 에너지를 부가한 이후, 마이크로파 시스템의 마이크로파 적용 챔버를 통해, 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 이동시키는 단계로서, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서의 웹의 체류 시간을 0.0002 초 내지 3 초 범위 내로 한정하기 위해, 마이크로파 적용 챔버 길이에 대한 속도로 상기 마이크로파 적용 챔버를 통해 상기 웹을 이동시키는, 이동 단계; 및
    상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 상기 직물 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계
    를 포함하는, 제 1면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 직물 웹의 염색방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 상기 직물 웹을 포화(saturating)시키지 않고, 직물 웹의 제 1면에 염료를 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 웹을 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계는, 상기 웹의 제 2면이 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹을 상기 접촉 표면으로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템은 세로 축을 가지며,
    상기 직물 웹은 기계 방향으로 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면의 상류 위치로부터 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 접촉하도록 이동되며,
    기계 방향으로의 상기 웹의 이동은 상기 초음파 진동 시스템의 세로축에 대한 접근 각도를 따르며, 상기 접근 각도는 1 내지 89도의 범위인 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 웹의 접촉으로부터 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면의 하류 위치로, 상기 초음파 진동 시스템의 세로축에 대한 이탈 각도를 따라 기계 방향으로, 상기 직물 웹이 더 이동되며,
    상기 이탈 각도는 1 내지 89도인 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭을 가지며,
    상기 방법은, 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면과 직접 접촉하는 상기 직물 웹의 적어도 일부에서, 상기 직물 웹의 폭을 가로질러 균일한 장력으로, 상기 직물 웹을 유지하는 단계를 더 포함하며,
    상기 장력은 상기 직물 웹의 폭의 0.025 내지 3 파운드(pound)/인치(inch)의 범위인 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 시스템을 작동시키는 단계는, 상기 시스템으로 0.5 kW 내지 2kW 범위의 동력 투입을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 직물 웹은 폭을 가지며,
    상기 초음파 진동 시스템은 상기 접촉 표면을 한정하는 말단을 갖는 초음파 호른(ultrasonic horn)을 포함하며,
    상기 초음파 호른의 말단은 웹의 폭 이상의 폭을 가지며,
    상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계는, 상기 초음파 진동 시스템의 말단을 웹의 폭을 지나 가로로 연장되도록 배향하고 상기 웹을 상기 접촉 표면과 직접 접촉하도록 하면서, 상기 웹을 세로로 상기 초음파 진동 시스템의 접촉 표면 위로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계는, 마이크로파 시스템을 900 MHz 내지 5,800 MHz 범위의 주파수에서 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계는, 상기 마이크로파 시스템을 1,500 와트(watt) 내지 6,000 와트(watt) 범위의 동력 투입에서 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 900MHz 및 22℃에서 적어도 10의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 10의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 15의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 900MHz 및 22℃에서 적어도 5의 유전손실인자를 갖는 염료를 직물 웹 두께 전체에(throughout) 도포하는 단계;
    상기 웹에 염료를 도포한 이후, 마이크로파 시스템의 마이크로파 적용 챔버를 통해, 상기 웹을 개방 배열(open configuration)로 이동시키는 단계로서, 상기 마이크로파 적용 챔버 내에서의 웹의 체류 시간을 0.0002 초 내지 3 초 범위 내로 한정하기 위해, 마이크로파 적용 챔버 길이에 대한 속도로 상기 마이크로파 적용 챔버를 통해 상기 웹을 이동시키는, 이동 단계; 및
    상기 마이크로파 적용 챔버 내에서 마이크로파 에너지를 상기 웹에 부가하여 웹에 대한 염료의 부착을 촉진하도록 상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계
    를 포함하는, 제 1면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 가지며, 상기 제 1면으로부터 상기 제 2면까지의 두께를 갖는 직물 웹의 염색방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계는, 상기 마이크로파 시스템을 900MHz 내지 5,800 MHz 범위의 주파수에서 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 900MHz 및 22℃에서 적어도 10의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 900MHz 및 22℃에서 적어도 14의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 10의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 염료를 직물 웹에 도포하는 단계는, 2,450MHz 및 22℃에서 적어도 15의 유전손실인자를 갖는 염료를 상기 직물 웹에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계는, 1,500 와트(watt) 내지 6,000 와트(watt) 범위의 동력 투입에서 상기 마이크로파 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
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