KR101415793B1

KR101415793B1 - 텍스타일 웹의 염색 방법

Info

Publication number: KR101415793B1
Application number: KR1020097013596A
Authority: KR
Inventors: 로버트 앨런 얀센; 토머스 데이비드 앨러트; 잔 게빈 맥도널드; 마이클 조셉 가비; 패트릭 션 맥니콜스; 얼 씨. 주니어 맥크로
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2014-07-04
Also published as: KR20090094346A; WO2008081360A1; US20080155763A1; US7568251B2

Abstract

제 1면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 텍스타일 웹의 염색방법에서, 염료는 상기 텍스타일 웹에 적용되고, 그 후, 염색된 웹은 상기 텍스타일 웹이 일반적으로 개방 형태가 되도록 흐르는 처리액에 침지된다. 초음파 진동 시스템의 접촉면은 접촉면이 처리액중에 침지된 텍스타일 웹의 최소 일부와 직접 접촉하도록 상기 흐르는 처리액에 침지된다. 초음파 진동 시스템은 처리액의 흐름에 혼입되는 상기 텍스타일 웹으로 부터의 비결합 염료의 제거가 용이하게 되도록 초음파 진동 시스템의 접촉면에서 처리액내에 침지되어 있는 텍스타일 웹의 일부에 초음파 에너지를 부여하도록 작동된다.

텍스타일 웹 염색, 비결합 염료 제거, 초음파 진동 시스템, 초음파 에너지, 처리액

Description

텍스타일 웹의 염색 방법{Process for Dyeing a Textile Web}

본 발명은 일반적으로 텍스타일 웹(textile web)의 염색 방법에 관한 것으로, 특히, 웹의 초기 염색(initial dyeing) 후에, 상기 웹에서 비결합 염료(unbound dye)를 제거하는 텍스타일 웹의 염색 방법에 관한 것이다.

텍스타일 염색 공정은 텍스타일 웹에 염료를 잉크 젯 시스템, 스프레이 시스템, 그라비아 롤, 슬롯 다이, 로드 코터, 로터리 스크린 커튼 코터, 에어 나이프, 브러쉬 혹은 다른 적합한 적용 시스템 혹은 기술로 적용한 다음에, 상기 텍스타일 웹에 대한 염료의 결합(binding)을 촉진하기 위해 상기 염색된 텍스타일 웹을 가열(heating) 및/또는 스티밍(steaming)하는 것을 전형적으로 포함한다. 스티밍 조작 후에, 상기 텍스타일 웹을 물 혹은 다른 세척액(cleaning solution) 배스(bath)에서 세척하여 결합되지 않은 (unbound, 비결합) 과량의 염료를 상기 웹에서 제거할 수 있다. 예를들어, 일부 세척 공정에서, 상기 텍스타일 웹은 세척액 (전형적으로 물)이 비결합 염료를 세척하여 제거하도록 상기 웹상에 흐르는 세척 배스(cleaning bath)에 침지된다.

이러한 통상의 텍스타일 염색 공정의 세척 순서는 종종 비교적 느린 공정이며, 이는 비결합 염료가 세척액의 흐름에 혼입(entrain)될 수 있는, 텍스타일의 표면으로의 텍스타일 웹의 메트릭스중의 비결합 염료 분자의 확산(diffusion)에 의존하기 때문이다. 또한, 이러한 방식에서 염색된 텍스타일의 세척은 상기 웹에서 원하는 양의 비결합 염료를 제거하기 위해 여러번의 세척을 필요로 할 수 있다.

텍스타일 공정처리 도중에 텍스타일 웹에 초음파 에너지를 적용하는 것은 또한 알려져 있다. 예를들어, 미국 특허 4,302,485(Last등)에 기재되어 있는 바와 같이, 초음파 처리는 웹이 염료 용액 혹은 다른 처리 용액 배스에 침지되어 있는 동안 텍스타일 웹에 적용될 수 있으며, 이 때, 초음파 에너지가 염료 혹은 다른 처리 용액의 웹으로의 침투를 증가시킨다. 그러나, 이러한 공정은 웹에서 궁극적으로 요구되는 염료의 양에 비하여 상당한 양(예를들어, 배스 전체)의 염료의 사용이 요구된다.

따라서, 텍스타일 웹의 염색에 사용되는 필요한 염료의 양을 감소시키고 및/또는 이미 결합된 염료를 제거하지 않으면서 공정도중에 웹에서 비결합 염료를 쉽게 제거할 수 있는 염색 방법이 요구된다.

일 구현에 의하면, 제 1면 및 상기 제 1면에 반대되는 제 2면을 갖는 텍스타일 웹의 염색 방법은 일반적으로 염료를 상기 텍스타일 웹에 적용하는 단계 및 상기 텍스타일 웹을 일반적으로 개방 배열(open configuration)로, 상기 염색된 텍스타일 웹을, 홀딩 탱크의 유입구로부터 홀딩 탱크의 배출구로 흐르는, 흐르는 처리액(flowing treatment liquid)에 침지하는 단계를 포함한다. 초음파 진동 시스템의 접촉면은 흐르는 처리액에 상기 접촉면이 상기 처리액에 침지되는 텍스타일 웹의 최소 일부와 직접 접촉하여 침지된다. 상기 초음파 진동 시스템은 처리액의 흐름에 혼입(entrainment)되는 상기 텍스타일 웹으로 부터 비결합 염료의 제거를 용이하게 하기 위해, 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면에서 처리액에 침지된 텍스타일 웹의 일부에 초음파 에너지를 부여하도록 작용된다.

다른 구현에서, 제 1면 및 상기 제 1면의 반대편의 제 2면을 갖는 텍스타일 웹의 염색 방법은 일반적으로 염료를 상기 텍스타일 웹에 적용하는 단계 및 상기 텍스타일 웹이 처리액에 잠기도록 상기 처리액을 함유하는 홀딩 탱크(holding tank)내로 상기 텍스타일 웹이 향하도록 하는 단계(directing)를 포함한다. 상기 처리액은 상기 홀딩 탱크내에서 처리액이 탱크로 유입되는 탱크 유입구로 부터 처리액이 탱크에서 배출되는 탱크 배출구로 흐른다. 초음파 진동 시스템의 접촉면(contact surface)은 접촉면이 처리액에 침지된 텍스타일 웹의 최소 일부와 직접 접촉하여 탱크내의 처리액에 침지된다. 초음파 진동 시스템은 처리액의 흐름에 혼입되는, 상기 텍스타일 웹으로 부터의 비결합 염료의 제거를 용이하게하기 위해 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면에서 처리액에 침지된 텍스타일 웹의 일부에 초음파 에너지를 부여하도록 작용된다. 염료는 처리액이 홀딩 탱크에서 배출된 후에 처리액으로 부터 여과된다.

도면, 특히 도 1에서, 텍스타일 웹 23의 염색에 사용되는 장치의 일 구현은 일반적으로 21로 나타낸다. 장치 21에 의해 공정처리되는 텍스타일 웹 23은 이로써 한정하는 것은 아니지만, 본디드-카디드(bonded-carded) 웹, 스펀본드 웹 및 멜트블로운 웹, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 코튼(cotton), 나일론, 실크, 히드로니트 (hydroknit), 코폼(coform), 나노섬유(nanofiber), 플러프 배팅(fluff batting), 폼(foam), 엘라스토머(elastomerics), 고무, 필름 라미네이트, 이들 재료의 조합 또는 다른 적절한 재료를 포함하는 적합한 직물(woven) 웹이 혹은 부직(non-woven) 웹일 수 있다. 상기 텍스타일 웹 23은 단일 웹 층(layer) 혹은 다층(multilayer) 라미네이트일 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 층의 라미네이트가 염색되기에 적합하다.

상기 용어 "스펀본드(spunbond)"는 예를들어, Appel 등의 미국특허 4,340,563, Dorschner 등의 미국특허 3,692,618, Matsuki 등의 미국특허 3,802,817, Kinney의 미국특허 3,338,992 및 3,341,394, Hartman의 미국특허 3,502,763, 및 Dobo 등의 미국특허 3,542,615에 기술되어 있는 바와 같이, 용융된 열가소성 재료를 압출된 필라멘트의 직경을 갖는 다수의 미세한, 일반적으로 원형의, 방사구(spinneret)의 모세관으로부터 필라멘트로서 압출하고 그 후 신속하게 감소시켜(reduce) 형성된 작은 직경의 섬유를 말한다. 스펀본드 섬유는 수집(collecting) 표면 상에 디포지트(deposit)될 때에 일반적으로 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 7 미크론 보다 큰, 보다 특히, 약 10 내지 20 미크론 사이의 평균 직경(적어도 10개의 샘플로부터)을 갖는다.

상기 용어 "멜트블로운(meltblown)"은 용융된 열가소성 재료를 다수의 미세한, 일반적으로 구형인, 다이 모세관(die capillary)을 통해, 일반적으로 뜨거운, 수렴하는 고속의 가스 (예를들어, 공기) 스트림내로 용융된 실(threads) 또는 필라멘트로서 압출하고, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 마이크로섬유 직경으로, 직경이 감소되도록 가늘게하여 제조된 섬유를 말한다. 그 후, 상기 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되고 수집 표면상에 디포지트되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어 Butin 등의 미국특허 3,849,241에 개시된다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수 있는 마이크로섬유이며, 일반적으로 평균 직경이 10 미크론 미만이고, 일반적으로 수집 표면상에 디포지트될 때에 점착성이다.

스펀본드 및 멜트블로운 섬유의 라미네이트는 예를 들어 무빙 형성 벨트(moving forming belt)상에 먼저 스펀본드 웹 층, 그 후 멜트블로운 웹 층 그리고 마지막으로 다른 스펀본드 웹 층을 순차적으로 디포지팅(depositing)하고, 그 후 상기 층들을 함께 결합(bonding)하여 제조될 수 있다. 택일적으로, 상기 웹층들은 개별적으로 제조되고, 롤에서 수집되어, 별도의 결합 단계에서 합하여질 수 있다. 이러한 라미네이트는 일반적으로 약 0.1 내지 12osy(6 내지 400 gsm), 또는 보다 특히 약 0.75 내지 약 3 osy의 근량(basis weight)을 갖는다.

도 1에 나타낸 염색 장치 21은 개략적으로 그리고 일반적으로 25로 나타낸 염료 스테이션(dye station)을 포함하며, 염료 스테이션에서 염료가 상기 텍스타일에 적용된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "염료(dye)"는 다른 재료, 예를들어, 텍스타일 웹 23에 어느정도 영구적인 색상을 부여하는 물질을 말한다. 적합한 염료로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 잉크, 레이크(lakes)(또한, 종종 컬러 레이크(color lakes)로 칭하여 진다.), 색소(dyestuffs)(이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 산성 염료(acid dyes), 아조 염료, 염기성 염료, 직접 염료(direct dyes), 분산 염료(disperse dyes), 음식물, 약제 및 코스메틱 염료(cosmetic dyes), 인그레인 염료(ingrain dye), 가죽 염료(leather dyes), 매염 염료(mordant dyes), 천연 염료(natural dyes), 반응성 염료(reactive dye), 용매 염료(slovent dyes), 황 염료(sulfur dyes) 및 배트 염료(vat dyes)), 안료(pigments)(유기 및 무기) 및 다른 착색제(colorants)(이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 형광 증백제(fluorescent brighteners), 현상제(developers), 옥시데이션 베이스(oxidation bases))를 포함한다. 염료 스테이션 25는 염료를 전-계량(pre-metered)되거나(예를들어, 염료의 초기 적용시 조금 과량의 염료가 적용되거나 혹은 과량의 염료가 적용되지 않음.) 혹은 후-계량(post-metered)(즉, 과량의 염료가 텍스타일 웹에 적용되고 후속적으로 제거됨.)하여 염료를 텍스타일 웹 23에 적용하기 위해 사용되는 어떠한 적합한 장치를 포함할 수 있다. 염료 자체가 텍스타일 웹 23에 적용될 수 있거나 혹은 염료는 상기 웹에 적용되는 염료 용액에 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

적합한 전-계량 염료 적용 장치의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니며, 다음의 알려져 있는 적용 기술을 수행할 수 있는 장치를 포함한다:

슬롯 다이(Slot die): 염료는 프린팅 헤드내의 슬롯을 통해 텍스타일 웹 23 상으로 직접 계량(metered)된다.

직접 그라비어(Direct gravure): 염료가 그라비어 롤의 작은 셀(cell)에 존재한다. 상기 텍스타일 웹 23은 상기 그라비어 롤과 직접 접촉하고 상기 셀 내의 염료가 텍스타일 웹상으로 이송(transfer)된다.

역 롤 이송 오프셋 그라비어(Offset gravure with reverse roll transfer): 그라비어 롤이 코팅 재료를 제 2 롤로 이송하는 것을 제외하고는 상기 직접 그라비어 기술과 유사하다. 상기 제 2롤은 그 후 텍스타일 웹 23과 접촉하게 되어 염료를 상기 텍스타일 웹상으로 이송한다.

커튼 코팅(Curtain coating): 이는 다수의 슬롯을 갖는 코팅헤드이다. 염료는 이러한 슬롯을 통해 계량되고 텍스타일 웹 23 상까지 주어진 거리를 아래로 떨어진다.

슬라이드(캐스케이드(cascade)) 코팅(Slide coating): 코팅 헤드에서 배출시, 다수층의 염료가 텍스타일 웹 23과 직접 접촉하게 되는 것을 제외하고는 커튼 코팅과 유사한 기술이다. 상기 코팅 헤드와 텍스타일 웹 23 사이에는 개방 갭(open gap)이 없다.

순방향 및 역방향 롤 코팅(Forward and reverse roll coating)(또한, 이송 롤 코팅(transfer roll coating)으로도 알려짐): 이는 계량 목적으로 염료를 하나의 롤에서 다음의 롤로 이송하는 롤의 스택(stck)으로 이루어진다. 상기 최종 롤은 텍스타일 웹 23과 접촉하게 된다. 상기 텍스타일 웹 23의 이동 방향 및 최종 롤의 회전은 상기 공정이 순방향(forward) 공정인지 또는 역방향(reverse) 공정인지 여부를 결정한다.

압출 코팅(Extrusion coating): 이 기술은 상기 염료가 상온에서 고체인 것을 제외하고는 슬롯 다이 기술과 유사하다. 상기 염료는 프린트 헤드에서 용융 온도로 가열되고 상기 슬롯을 통해 액체로 직접 텍스타일 웹(23) 상부로 계량(meter)된다. 냉각시, 상기 염료는 다시 고체로 된다.

로터리 스크린(Rotary screen): 염료가 스크린 표면을 갖는 롤(roll)로 펌프된다. 롤 내부의 블레이드(blade)가 염료가 스크린을 통해 배출되어 텍스타일 상으로 이송한되도록 염료에 힘을 가한다.

스프레이 노즐 적용: 염료가 스프레이 노즐을 통해 직접 텍스타일 웹 23 상에 가해지도록 염료에 힘이 가해진다. 원하는 양(전-계량된)의 염료가 적용될 수 있거나, 또는 상기 텍스타일 웹 23은 스프레잉 노즐에 의해 포화되고 그 후 과량의 염료는 상기 텍스타일 웹을 닙 롤러를 통해 통과시키므로써 짜내어질 수 있다(후-계량).

플렉소그래픽 프린팅(Flexographic printing) : 염료는 롤의 양각 패턴화된 표면(raised patterned surface) 상으로 이송한다. 그 후, 상기 패턴화된 롤은 텍스타일 웹 23과 접촉되어 염료가 텍스타일 상으로 이송된다.

디지털 텍스타일 프린팅(Digital textile printing): 염료가 잉크 젯 카트리지에 적재(load)되고 상기 텍스타일 웹이 잉크 젯 헤드 하부를 통과함에 따라 텍스타일 웹 23 상부로 분출(jet)된다.

염료를 텍스타일 웹 23에 적용하기에 적합한 후-계량 염료 적용 장치(post-metering dye applicating devices)의 예는 이로써 한정되는 것은 아니지만, 다음의 알려져 있는 적용 기술에 따라 작동하는 장치를 포함한다:

로드 코팅(Rod coating) : 염료는 텍스타일 웹 23의 표면에 적용되고 과량의 염료는 로드에 의해 제거된다. 메이어 로드(Mayer rod)는 과량의 염료를 계량하여 제거하는 일반적인 장치이다.

에어 나이프 코팅(Air knife coating) : 염료는 텍스타일 웹 23의 표면에 적용되고 과량의 염료는 고압의 공기 스트림을 불어서 제거된다.

나이프 코팅: 염료는 텍스타일 웹 23의 표면에 적용되고 과량의 염료는 나이프 형태의 헤드에 의해 제거된다.

블레이드 코팅(Blade coating): 염료는 텍스타일 웹 23의 표면에 적용되고 과량의 염료는 플랫 블레이드(flat blade) 형태의 헤드에 의해 제거된다.

딥 코팅(포화)(Dip coating (saturating) 후 스퀴즈 롤(squeeze roll): 텍스타일 웹 23은 염료에 침지되며, 그 후에, 과량의 재료가 짜여지도록 두 롤러 사이의 닙을 통하여 당겨(pull)진다.

스핀 코팅: 텍스타일 웹 23은 고속으로 회전되고 회전하는 텍스타일 웹에 적용된 과량의 염료는 상기 웹의 표면으로부터 원심력에 의해 제거(spin-off)된다.

파운테인 코팅(Fountain coating): 염료는 잠긴(flooded) 파운테인 헤드에 의해 상기 텍스타일 웹 23에 적용되고 과량의 재료는 블레이드에 의해 제거된다.

브러쉬 적용(Brush application): 염료는 텍스타일 웹 23에 브러쉬로 적용되고 과량의 재료는 상기 웹의 표면을 가로지르는 브러쉬의 움직임으로 조절된다.

염료를 텍스타일 웹 23에 적용한 다음에, 상기 염색된 텍스타일 웹은 개략적으로 그리고 일반적으로 27로 나타낸 경화 스테이션(curing station)으로 전달될 수 있으며, 경화 스테이션에서, 상기 텍스타일 웹에 대한 염료의 결합을 촉진하기 위해, 상기 염색된 텍스타일 웹에는 열 처리, 스팀 처리 및/또는 다른 알려져 있는 경화처리가 행하여진다. 그러나, 경화 스테이션 27은 염색 장치 21에서 생략될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도시된 구현에서, 염색 및 경화된 텍스타일 웹 23은 적합하게는 일반적으로 연속 웹 형태이며, 보다 특히, 감긴 웹(rolled web)이며, 여기서 상기 웹은 처리 도중에 풀리고(unroll) 그 후 운반하기 위해 다시 감긴다. 예를 들어, 텍스타일 웹 23은 염색 및 경화된 후에, 일반적으로 31로 나타낸 세척 스테이션(washing station)으로 운반하기 위해 감긴다(roll up). 그러나, 택일적으로, 상기 텍스타일 웹 23은 처리 및 운송 도중에 하나 또는 그 이상의 별도의(discrete) 웹 형태일 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 또한, 웹 23은 중간에 개재되는 운반(intervening transport) 없이 하나의 스테이션 (예를들어, 경화 스테이션 27)으로 부터 다음(예를들어, 세척 스테이션)에 공급될 수 있으며, 상기 웹은 감기지 않은 상태를 유지하거나 혹은 그렇지 않으면, 하나의 스테이션에서 다음으로 공급됨에 따라 펼쳐진다(open).

세척 스테이션 31에서, 염색 및 경화된 (그리고 도시된 구현에서, 감긴(rolled up)) 텍스타일 웹 23은 세척 스테이션을 통해 기계 방향으로 운반되며, 이에 따라 상기 웹에서 비결합 염료를 세척하는 세척 공정이 행하여진다. 본 명세서에 사용된 상기 용어 "기계 방향(machine direction)"은 일반적으로 텍스타일 웹 23이 세척 스테이션을 따라 이동하는 방향(예를 들어, 도시된 구현에서 웹의 길이 (longitudinally)방향)을 말한다. 본 명세서에 사용된 용어 "횡-기계 방향(cross-machine direction)"은 텍스타일 웹 23의 기계 방향에 대한 수직 방향(normal direction)이며 일반적으로 웹의 평면(plane)(예를 들어, 도시된 구현에서 웹의 가로방향(widthwise)을 말하다.

적합한 일 구현에 의하면, 세척 스테이션 31은 상부가 개방되고 텍스타일 웹으로 부터 비결합 염료를 세척하여 제거하기 위한 세척 공정도중에 텍스타일 웹 23이 침지되는 적합한 처리액 35를 포함하는 홀딩 탱크 33을 포함한다. 예를들어, 이러한 처리액 35는 물, 물과 물이외의 세척액의 용액 혹은 텍스타일에서 비결합 염료의 세척제거를 용이하게 하는 다른 적합한 액체용액을 포함할 수 있다. 그러나, 특히 적합한 구현에서, 상기 처리액 35는 염료 혹은 세척 스테이션 31에서 상기 텍스타일 웹 23에 흡수되는 것으로 의도되는 다른 재료를 함유하지 않는 것이 적합한다.

그러나, 다른 처리제가 상기 처리액에 배치(dispose)될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 처리제의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 알코올, 케톤, 석유 에테르(petroleum ether), 탄화수소, 방향족 물질(aromatics), 계면활성제, 프레온(할로하이드로카본), 실리콘, 실리콘 폴리에테르, 경화제, 플루오로카본, 형광제(fluorescent agent), 안정화제, 티타늄 디옥사이드, UV 흡수제, 방향제(fragrances), 방충제(insect repellants), 활성탄(activated carbons), 실리카 혹은 카보네이트 및 나노입자 시스템을 포함한다.

또한, 홀딩 탱크 33의 상부가 완전히 개방되어야 하는 것은 아니며 혹은 완전히 닫힐 수 있는 것으로 이해되며, 이는 본 발명은 범위에 속하는 것이다. 예를들어, 그 대신, 웹 23은 탱크의 일말단 벽을 통해 홀딩 탱크 33에 유입되고 이의 반대편 말단 벽을 통해 탱크로 부터 배출될 수 있다.

도 2의 도시된 구현에서, 상기 처리액 35는 홀딩 탱크 33내에서 적합하게 흐르거나, 소용돌이 치거나 혹은 그 이외에 교반되도록 되며, 보다 적합한 구현에서, 처리액 35는 연속적으로 탱크내로, 탱크를 통하여 그리고 후속적으로 탱크 밖으로 흐른다. 예를들어, 도 1 및 2의 홀딩 탱크는 유입구 37, 배출구(도시하지 않음) 및 처리액이 탱크내에서 상기 유입구로 부터 상기 배출구로 흐를 수 있게 순화시키거나 혹은 다른 방식으로 작동할 수 있는 적합한 장치 39를 포함하며, 상기 유입구 37을 통해 처리액 35이 상기 탱크로 유입되며 상기 배출구를 통해 오염된 처리액(예를들어, 액체내에 혼입된(entrain) 텍스타일 웹 23으로 부터 제거된 염료를 포함하는)이 탱크로 부터 배출된다.

특히 적합한 구현에서, 처리액 35는 텍스타일 웹 23이 최소한 상기 웹의 단편이 본 명세서에서 상세하게 후술하는 어떠한 주어진 시간동안 처리되는 세척을 위해 탱크를 통해 이동하는 방향(예를들어, 기계방향)에 대하여 일반적으로 반대되는 방향으로 탱크 31내에서 흐르도록 조절된다. 예를들어, 도 2에 도시된 구현에서, 텍스타일 웹 23은 탱크 33 내에서 단일 화살표로 나타낸 기계 방향으로 이동하며, 처리액 35는 탱크 내에서 이중 화살표로 나타낸 방향으로 흐른다. 그러나, 선택적으로, 처리액 35는 탱크 33내에서 웹 23이 탱크를 통해 이동하는 것과 일반적으로 같은 방향으로 흐르게 될 수 있는 것으로 이해되며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

다른 구현에서, 그 대신, 처리액 35는 탱크 33내에 체류(예를들어, 탱크에 연속적으로 공급되는 대신에)하고 웹으로 부터 비결합 염료의 세척을 용이하게 하도록 순환되거나 혹은 웹 23에 대하여 탱크내에서 다른 방식으로 교반될 수 있다. 이러한 구현에서, 오염된 처리액 35는 탱크 33에서 간헐적으로 배수되거나 혹은 제거되고 깨끗한 처리액으로 대체될 수 있다.

특히 적합한 일 구현에서, 탱크의 배출구에서 탱크 33으로 부터 배출되는 처리액 35는 적합하게 세척(즉, 염료 제거)되고 탱크를 통해 재-순환되도록 유입구 37로 다시 재-순환되어, 처리액이 보다 효율적으로 사용되도록 세척 스테이션 31에 일반적으로 폐쇄-루프 시스템(closed-loop system)을 제공한다. 예를들어, 도 1 및 2에 도시된 구현에서, 순환 장치 39는 탱크 배출구와 연통하여 흐르도록 탱크 33의 외부에 배치되는 적합한 순환 펌프를 포함하며, 처리액 35가 탱크 밖으로 배출되고 처리액이 탱크 유입구 37로의 재 순환을 포함하는 폐쇄-루프 시스템을 통해 원하는 방향으로, 예를들어, 탱크의 유입구로 부터 배출구로의 방향으로 탱크내로 순환되도록 작동한다.

적합한 필터 시스템 41은 처리액이 탱크를 통해 다시 재-순환되기 전에 처리액으로 부터 염료 및/또는 다른 오염 물질을 여과 혹은 달리 제거하기 위해, 처리액 35의 순환 경로를 따라 탱크 33의 외부, 예를들어, 펌프 39 및 탱크 유입구 37의 중간에 배치된다. 다른 적합한 구현에서, 예를들어, 필터 시스템 41은 개시사항 전체가 참고로 본 명세서에 포함된 동시게류중인, 2006년 9월8일자로 출원된 미국 특허출원 11/530,183인 "수성 방출물로 부터 화합물을 분리하는 초음파 처리시스템(Ultrasonic Treatment System for Separating Compounds from Aqueous Effluent)"에 기술되어 있는 시스템을 포함할 수 있다. 그러나, 처리액으로 부터 염료 및 다른 오염물을 여과하기에 적합한 어떠한 필터 시스템이 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 압력 게이지 43이 처리액의 순환경로에서 액체 압력을 모니터하기 위해 (그리고 조절할 수 있도록) 처리액 35의 순환 경로(circulation path)를 따라 제공된다.

도 1 및 도 2를 참고하여, 언와인드 롤(unwind roll) 45는 염색된 그리고 일부 구현에서는 경화된 감겨진 텍스타일 웹 23을 유지(hold)하도록 적합한 지지 구조(support structure) 47에 의해 지지된다. 상응하는 와인드 롤(wind roll) 49 및 관련된 구동 메카니즘(associated drive mechanism) 51은 부가적인 지지 구조 53에 의해 언와인드 롤과 거리를 두고 수직으로, 예를들어, 홀딩 탱크 31의 반대쪽 말단 을 향하여 지지된다. 구동 메카니즘 51은 웹의 기계방향을 따라 언와인드 롤 45로 부터 와인드 롤 49로 텍스타일 웹 23을 당기도록 적합하게 작동하며, 텍스타일 웹은 웹으로 부터 비결합 염료를 제거하기 위해 웹을 초음파 처리한 다음에 다시 권취된다.

일반적으로 61로 나타낸, 초음파 진동 시스템은 홀딩 탱크 33내의 처리액 35에 최소한 부분적으로 침지되며 진동 시스템이 웹에 초음파 에너지를 부여하도록 웹 23(즉, 세척액에 침지되어 있는 웹의 일부 혹은 단편(segment))이 진동 시스템과 접촉하여 통과하는 접촉면 63 (도 2)를 갖는다. 도시된 구현에서, 초음파 진동 시스템 61은 터미널 말단 65를 가지며, 터미널 말단 65의 최소 일부는 텍스타일 웹 23과 접촉되는 접촉면 63을 정의한다. 특히, 도 2를 참조하여, 도시한 구현에서, 텍스타일 웹 23은 언와인드 롤 45로 부터 접촉면 63(예를 들어 초음파 진동 시스템 61의 터미널 말단(terminal end) 65에서)을 향해 초음파 진동 시스템 61의 세로 축 X에 대하여 접근각(approach angle) A1으로 전진하고, 접촉면 위를 지난 후에, 상기 웹은 상기 접촉면(contact surface)으로 부터 와인드 롤 49을 향하여 초음파 진동 시스템 61의 세로 축 X에 대하여 이탈각(departure angle) B1로 멀어진다.

상기 일 구현에서, 상기 텍스타일 웹 23의 접근각 A1은 적합하게는 약 1 내지 약 89도의 범위, 보다 적합하게는 약 1 내지 45도의 범위, 그리고 보다 더 적합하게는 약 10 내지 약 45도의 범위이다. 상기 웹 23의 이탈각 B1은 도 2에 도시된 바와 같이 적합하게는 상기 접근각 A1과 대략적으로 같다. 그러나, 본 발명의 범위내에서 벗어남이 없이 상기 이탈각 B1은 상기 접근각 A1 보다 크거나 혹은 작을 수 있다.

도 1에 도시된 구현에서, 상기 초음파 진동 시스템 61은 언와인드 롤 45 및 와인드 롤 49 사이의 지지 프레임 67상에 적합하게 탑재되며, 그리고 처리되는 웹 23에 대한 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면 63의 조절이 가능하도록 홀딩 탱크 33 및 언와인드 롤 및 와인드 롤에 대하여 상대적으로 움직(예를들어, 도 1에 도시된 구현에서 수직으로)이는 지지 프레임상에 조절가능하도록 적합하게 탑재된다. 예를 들어, 도 2A에서, 진동 시스템 61은 본 명세서에서 철회 위치(withdrawn position)으로 칭하여지는 바와 같이 수직하게 위치되며, 철회위치에서 초음파 진동 시스템의 터미널 말단 65 (및 따라서, 접촉면 63)은 홀딩 탱크 33의 처리액 35로 부터 철회(withdrawn)된다. 또한, 텍스타일 웹은 진동 시스템 61의 철회위치에서 처리액 35의 외부에 배치되며, 그러나, 진동 시스템의 접촉면 63과 접촉될 수는 있으나, 접촉될 필요는 없다.

도 1 및 도 2는 진동 시스템이 철회 위치보다 수직으로 더 낮게 위치하는, 본 명세서에서 침지 위치(immersed position)로 칭하여지는 초음파 진동 시스템 61을 나타낸다. 상기 침지 위치에서, 진동 시스템 61의 터미널 말단 65 (및 따라서, 접촉면 63)은 텍스타일 웹 23의 최소한 수직 단편 혹은 일부와 함께 처리액 35에 침지된다. 상기 구현에서, 철회 위치로 부터 침지 위치로의 진동 시스템 61의 이동은 웹 23이 진동 시스템의 접촉면 63에서 처리액 35 내로 내려가도록 그리고 웹의 접근각 및 이탈각 A1, B1을 형성하도록 한다.

상기 방식에 의한 초음파 진동 시스템 61의 철회위치로 부터 침지위치로의 이동은 또한 최소한 진동 시스템의 접촉면 63에 대하여 놓여있는 웹의 단편을 따라 텍스타일 웹 23에 장력(tension)을 가하거나 혹은 장력을 증가시키는 작용을 할 수 있으며, 상기 웹은 상기 언와인드 롤 45와 와인드 롤 49 사이에 유지된다. 예를들어, 일 구현에서, 텍스타일 웹 23은 최소한 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63과 접촉되는 웹의 단편에서, 그의 폭을 따라 균일한 장력, 직물 폭 1인치당 약 0.05 파운드 내지 직물 폭 1인치당 약 3 파운드 범위, 보다 적합하게는 직물 폭 1인치당 약 0.1 파운드 내지 0.5 파운드 범위의 균일한 장력이 유지될 수 있다.

적합한 일 구현에서, 진동시스템의 과다한 부분이 불필요하게 침지되는 것을 방지되도록, 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63은 홀딩 탱크 33의 처리액 35 표면의 바로 아래에 진동 시스템 61이 침지위치로 배치된다. 텍스타일 웹이 처리액 표면의 바로 아래에 침지하는 것은 또한 사용되어야 하는 처리액의 양을 최소화하며, 이는 또한 더 작은(즉, 더 얕은) 탱크가 사용될 수 있도록 한다. 예를들어, 일 구현에서, 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63은 홀딩 탱크 33내의 처리액 35 표면의 약 1인치 내지 약 5인치 범위 아래에, 보다 적합하게는 홀딩 탱크내의 처리액 표면의 약 1인치 아래에 배치된다. 그러나, 초음파 진동 시스템 61이 처리액 35에 더 깊이 침지될 수 있는 것으로 이해되며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도 3을 참고하면, 일 구현에서 상기 초음파 진동 시스템 61은 일반적으로 71로 표시되며 도시된 구현에서 진동 시스템의 터미널 말단 65를 정의하며, 특히 진동 시스템의 접촉면 63을 정의하는, 터미널 말단 73을 갖는 초음파 혼(ultrasonic horn)을 적합하게 포함한다. 특히, 도 3의 상기 초음파 혼 71은 바람직하게 상기 혼의 터미널 말단 73이 예를 들어 그의 폭(w)을 따라 일반적으로 연장된, 본 명세서에서 초음파 바(ultrasonic bar)(또한 종종 블레이드 혼(blade horn)이라고 불림)으로 칭하여지는 적합한 구성이다. 일 구현에서, 상기 초음파 혼 71은 혼의 터미널 말단 73에 의해 정의되는 접촉면 63이 상기 혼의 전체 폭(w)을 가로질러 연속되는 단일한 구조(unitary construction)인 것이 적합하다.

더욱이, 상기 혼 71의 터미널 말단 73은 상기 초음파 혼의 터미널 말단에 의해 정의되는(defined) 접촉면 63이 일반적으로 평평하고 직각형(rectangular)이 되기에 적합하게 형성된다. 그러나, 상기 혼 71은 혼의 터미널 말단에 의해 정의되는 접촉면 63이 더 둥글거나 또는 평평한 형태 이외의 형태가 되도록 형성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 상기 초음파 혼 71은 적합하게는 상기 혼의 터미널 말단 73이 웹의 폭을 가로질러 횡-기계 방향으로 연장되도록 움직이는 텍스타일 웹 23에 대해 상대적으로 적합하게 놓여진다. 상기 혼 71의 폭(w)은 최소한 그의 터미널 말단 73에서 대략 상기 웹의 폭과 같거나 혹은 이보다 큰 적합한 크기이다.

초음파 진동 동안 상기 혼의 터미널 말단의 증가되는 진동 변위(displacement)를 용이하게 하도록, 초음파 혼 71의 두께(t)(도 4)는 혼의 터미널 말단에서 보다 혼의 연결 말단(connection end) 75(즉, 혼의 터미널 말단 73 반대편의 혼의 수직 말단)에서 더 큰 것이 적합하다. 일 예로서, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 구현의 초음파 혼 71은 이의 연결 말단 75에서 약 1.5 인치(3.81cm)의 두께(t)를 가지며, 한편 터미널 말단 73에서의 두께는 약 0.5 인치(1.27cm)이다. 도시된 혼 71은 또한 약 6.0 인치(15.24cm)의 폭(w) 및 약 0.5 인치(13.97cm)의 길이(예를 들어 도시된 구현에서 높이)을 갖는다. 상기 도시된 초음파 혼 71의 두께(t)는 혼이 터미널 말단 73을 향해 세로로 연장됨에 따라 내부로 가늘어진다. 그러나, 상기 혼이 웹에 초음파 에너지를 부여하도록, 텍스타일 웹 23과 접촉하기에 적합한 진동 시스템 61의 접촉면 63을 정의하는 한 상기 혼 71은 도 3 및 4에서 도시된 것 이외의 다른 형태일 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.

상기 도시된 구현의 초음파 진동 시스템 61은 초음파 혼, 초음파 혼 71과 동축으로 배치(예를들어, 세로로)되고 일 말단에서 상기 혼의 연결 말단 75에서 상기 초음파 혼 71에 연결된 부스터(booster) 77, 및 부스터와 동축으로 배치되고 부스터의 반대편 말단에 연결된 컨버터(converter) 79 (또한 종종 트랜스듀서(transducer)로 불림)를 포함하는, 일반적으로 스택(stcak)으로 칭하여지는 적합한 형태이다. 상기 컨버터 79는 동력 공급원(power source) 또는 발생기(generator)(도시하지 않음)와 전기적으로 연통하여(communication)하여 상기 동력 공급원으로 부터 전기 에너지를 받고 전기 에너지를 고주파 기계적 진동으로 전환한다. 예를 들어, 적합한 일 종류의 컨버터 79는 압전(piezoelectric) 재료에 따라 전기 에너지를 기계적 진동으로 전환한다.

상기 부스터 77는 상기 컨버터 79에 의해 부여되는 기계적 진동의 진폭을 증폭하도록 형성된다(필요한 경우에는, 그 대신 감소시키도록 형성될 수 있다). 상기 증폭된 진동은 그 후 초음파 혼 71에 부여된다. 또한, 상기 부스터 77는 초음파 진동 시스템 61에서 생략될 수 있는 것으로 이해되며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 적합한 동력 공급원, 컨버터 79 및 부스터 77의 구조 및 작동은 이 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 보다 상세한 설명을 필요로 하지 않는다.

일 구현에서, 상기 초음파 진동 시스템 61은 약 15 kHz 내지 약 100 kHz범위, 보다 적합하게는 약 15 kHz 내지 약 60 kHz의 범위, 그리고 보다 더 적합하게는 약 20 kHz 내지 약 40 kHz 범위의 주파수에서 작동할(예를 들어 동력 공급원에 의해) 수 있다. 초음파 진동에 대한 상기 혼 71 그리고 보다 특히 이의 터미널 말단 73의 진폭(amplitude)(예를들어, 변위(displacement))은 동력 공급원(power source)의 투입 동력(power)을 조절하여 변화시킬 수 있으며, 투입 동력이 증가하면 상기 진폭은 일반적으로 증가한다. 예를 들어, 적합한 일 구현에서, 상기 투입 동력은 약 0.1 kW 내지 약 4 kW 범위, 보다 적합하게는 약 0.5 kW내지 약 2kW 범위, 그리고 보다 더 적합하게는 약 1.5kW이다. 다른 구현에서, 혼 71의 이의 터미널 말단 73 (예를들어, 진동 시스템 61의 접촉면 63)에서의 진폭 (예를들어, 변위)는 약 0.0005 내지 약 0.007 인치 범위가 적합하다.

텍스타일 웹을 염색하는 방법의 일 구현에 따른 조작에서, 텍스타일 웹 23은 염색 스테이션에서 염색되고 필요에 따라 경화 스테이션에서 경화된 다음에 권취되고(감기고) 운송되어 세척 스테이션 31의 언와인드 롤 45상에 탑재된다. 웹이 초음파 진동 시스템 61의 터미널 말단 65 아래를 통과함에 따라, 웹 23의 처음 길이가 언와인드 롤 45에서 풀리고(unwind) 와인드 롤 49상으로 권취(wind)된다. 이 단계에서, 초음파 진동 시스템 6은 도 2A에 도시한 바와 같이 철회 위치이다. 그 후, 초음파 진동 시스템 61은 진동 시스템의 터미널 말단 65 (및 따라서, 접촉면 63) 및 텍스타일 웹 23의 단편이 접촉하여 홀딩 탱크 33의 처리액 35내로 움직이는 침지 위치로 이동(예를들어, 도 2에 도시된 구현에서 낮아지는)한다. 또한, 텍스타일 웹 23에는 진동 시스템의 침지 위치로의 이동시에 및/또는 와인드 롤 49의 추가적인 권취에 의해, 언와인드 롤 45의 재 권취에 의해 혹은 이들 모두에 의해 장력이 가해질 수 있다. 진동 시스템 61이 침지 위치로 위치됨으로써 또한 언와인드 및 와인드 롤 45, 49 사이의 텍스타일 웹 23이 초음파 진동 시스템의 수직 축 X에 대한 웹의 접근각 A1 및 이탈각 B1을 정의하도록 된다.

텍스타일 웹 23은 언와인드 롤(45)과 와인드 롤(49) 사이에 본 명세서에서 일반적으로 개방 형태(open configuration)로 칭하여지는 형태로 적합하게 배치된다. 용어 "개방 형태(open configuration)"은 상기 텍스타일 웹 23이 상기 진동 시스템 61의 접촉면 63과 접촉하는 최소한 웹의 단편에서 일반적으로 평평하거나 또는 달리 말하면, 펼쳐진(unfolded), 주름잡히지 않은(ungathered) 및 꼬이지 않은(untwisted) 것을 의미하는 것으로 의도된다. 그 후, 와인드 롤 49와 관련된 구동 메카니즘(drive mechanism) 51은 접근각 A1을 따라 텍스타일 웹 23을 언와인드 롤 45로 부터 홀딩 탱크 33내로 그리고 보다 구체적으로는 처리액 35내로 당기도록 작동된다. 텍스타일 웹 23은 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63을 가로질러, 즉, 이와 접촉하여 웹의 기계 방향으로 통과하며, 그 후, 이탈각 B1을 따라 진동 시스템의 접촉면으로 부터 멀어져 와인드 롤 49을 향하도록 더욱 당겨진다.

웹 23의 공급 속도(즉, 웹이 상기 진동 시스템 61의 접촉면 63에서 기계 방향으로 움직이는 속도) 및 상기 접촉면의 폭(즉, 상기 도시된 구현에서 혼 71의 터미널 말단 73의 두께(t) 또는 상기 접촉면이 평평하거나 평면이 아닌 경우에, 혼의 터미널 말단의 일 면으로부터 이의 반대쪽 면까지의 상기 접촉면의 총 길이)은 본 명세서에서 웹의 진동 시스템의 접촉면에 대한 체류시간(dwell time)로 언급되는 것을 결정한다. 그리고, 본 명세서에서 상기 용어 "체류시간(dwell time)"은 웹이 접촉면으로 당겨짐(draw)에 따라 텍스타일 웹 23의 단편이 상기 진동 시스템 61의 접촉면 63과 접촉하는 시간의 길이를 칭하는 것으로 이해된다(예를들어, 상기 접촉면의 폭을 웹의 공급 속도로 나눈 것). 적합한 일 구현에서, 상기 진동 시스템 61의 접촉면 63을 가로지르는 상기 웹 23의 공급 속도는 약 0.5 피트/분(feet/minute) 내지 약 2,000 피트/분 범위, 보다 적합하게는 약 1 피트/분 내지 약 100 피트/분 범위, 그리고 보다 더 적합하게는 약 2 피트/분 내지 약 10 피트/분 범위이다. 그러나, 상기 공급속도는 상기한 범위 이외의 범위일 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.

다른 구현에서, 체류시간은 적합하게는 약 0.1 초 내지 약 60초 범위, 보다 적합하게는 약 1초 내지 약 10초 범위, 그리고 보다 더 적합하게는 약 2초 내지 약 5초 범위이다. 그러나, 상기 체류시간은 예를 들어 상기 웹 23이 제조되는 재료, 염료 조성물, 상기 진동 시스템 61의 혼 71의 진동수 및 진동 진폭, 탱크 33 내의 액체의 순환속도 및 이의 조성물을 포함하는 처리액 35 및/또는 다른 요소에 따라 상기한 바와 달라질 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.

홀딩 탱크 33 내의 처리액 35는 텍스타일 웹 23 및 초음파 진동 시스템 61에 대하여 흐르도록, 예를들어, 도시된 구현에서 유입구 37로 부터 배출구로 흐르도록 적합하게 순환된다. 홀딩 탱크 33내의 처리액의 유속은 일반적으로 세척 처리액이 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63을 통하여 연속적으로 흐르도록 하는 것을 유지하기에 적합하게 충분하다. 그러나, 몇몇 경우에는 (예를들어, 텍스타일 웹 23에서 염료를 추출하여 제거하는데) 덜 효율적일 수 도 있지만, 부분적으로 오염된 처리액 35 (예를들어, 텍스타일 웹에서 제거된 염료가 처리액에 혼입된 경우)이 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63을 가로질러 흐를 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 예로서, 일 구현에서, 홀딩 탱크내의 처리액 35의 유속은 약 0.1 내지 약 50 갤론/분(gallon/minute) 범위, 보다 적합하게는 약 0.5 내지 약 10 갤론/분 범위, 보다 더 적합하게는 약 1 내지 약 5 갤론/분(gallon/minute) 범위이다.

초음파 진동 시스템 61은 또한 웹이 진동 시스템의 접촉면에서 당겨짐에 따라, 초음파 혼 71이 초음파에 의해 진동되도록 동력 공급원에 의해 작동된다. 혼 71은 혼의 터미널 말단 73에 의해 정의되는 접촉면 63과 접촉되는 텍스타일 웹 23의 단편에 초음파 에너지를 부여한다. 적합한 일 구현에서, 염료는 염료 스테이션 25에서 텍스타일 웹 23에, 일반적으로, 웹의 단지 일면에만 적용되며, 상기 웹은 상기한 동일한 표면이 세척 스테이션 31에서 초음파 진동 시스템 61의 접촉면 63과 마주보고 접촉되도록 배열된다. 상기 표면에서 상기 웹 23에 초음파 에너지를 부여하므로써, 웹중의 비결합 염료의 최소한 상기 동일한 웹 표면 쪽을 향햐여 배출되는 이동이 용이해지며, 보다 적합하게는, 처리액 35의 흐름에 노출되어 웹의 두 면을 향해 배출되도록 이동하는 경향이 있다.

그러나, 웹 23의 반대쪽 면(표면)(즉, 염료가 처음에 적용된 면에 대한 반대쪽 면)이 진동 시스템 61의 접촉면 63과 마주보고 접촉될 수 있는 것으로 이해되며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 웹의 상기 반대쪽 면에 초음파 에너지를 적용하기 위해 제2의 초음파 진동 시스템(도시하지 않음)이 제 1 초음파 진동 시스템 61과 동시에 혹은 순차적으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 다른 구현에서, 제 2 홀딩 탱크 (도시되지 않음)는 홀딩 탱크 33의 하류(downstream)에 배치(예를들어, 기계 방향)될 수 있으며, 제 1 초음파 진동 시스템 61과 접촉되는 면에 대하여 반대쪽 웹 23의 표면에 초음파 에너지를 부여하기 위해 제 2 초음파 진동 시스템(도시하지 않음)을 포함한다.

텍스타일 웹 23의 표면에 있는 및/또는 표면으로 이동하는 비결합 염료는 처리액 35의 흐름에 혼입되어 텍스타일 웹으로 부터 멀리 운반된다. 도시된 구현에서, 오염된 처리액은 그 후, 배출구를 통해 홀딩 탱크 33으로 부터 배출되며, 그 후에 염료는 여과 시스템 41 에 의해 처리액 35로 부터 여과되고 처리액은 유입구 37 및 홀딩 탱크를 통해 다시 재-순환된다. 다른 구현에서, 탱크에서 배출된 오염된 처리액은 적합한 배수(drain), 하수, 폐수 혹은 회수 시스템으로 향할 수 있다. 세척 스테이션 31에 의한 처리 후에, 텍스타일 웹 23은 필요에 따라, 후속처리를 위해 세척 스테이션에서 제거된다.

도 5는 텍스타일 웹 123의 염색에 사용되는 일반적으로 121로 나타낸 장치의 제 2 구현을 나타낸다. 제 2 구현의 장치 21은 적합한 지지 구조 189에 의해 지지되고 언와인드 및 와인드 롤 145, 149 사이에서 웹 123의 기계방향으로 초음파 진동 시스템과 거리를 두고 상기 초음파 진동 시스템의 일면과 마주보도록 배치된 한쌍의 가이드 롤 185, 187을 추가로 포함하는 것으로 도 1 및 도 2의 제 1 구현의 장치 21과 실질적으로 유사하다. 가이드 롤 185, 187은 텍스타일 웹 123에 원하는 장력(tension)을 용이하게 가할 수 있으며, 웹이 초음파 진동 시스템의 접촉면과 접촉하여 처리액을 통과하여 공급될 때, 초음파 진동 시스템 161에 대하여 웹의 배열을 일반적으로 적합하게 유지한다.

시험 1

도 1 및 도 2에 의한 구현의 장치 21과 같은 구조로된 장치의 텍스타일 웹 염색 효과 및 보다 특히, 바람직하지 않은 웹으로 부터의 결합된 염료의 제거 없이 염색 및 경화된 코튼(cotton) 텍스타일 웹에서의 비결합 염료의 제거에 대한 이러한 장치의 세척 스테이션 21의 효과를 평가하기 위한 시험을 행하였다. 이 시험에는, 3개의 동일하게 제조된 직물(woven) 코튼 웹 시편이 사용되었다. 사용된 특정한 웹 재료는 미국, 펜실베니아, West Pittston의 Test Fabrics, Inc.에서 Style No. 419- 표백된, 머서화된(mercerized), 콤브된(combed) 브로드클로스(broadcloth)로서 상업적으로 입수가능하다. 각각의 웹은 근량(basis weight)이 제곱 미터 당 약 120 그램이었으며, 중량은 약 15.53 그램이었다. 각각의 웹 시편은 길이가 약 4 피트(약 122cm) 그리고 폭이 4 인치(약 10.2cm) 였다.

염료 용액은 독일의 Dystar Textifarben Gmbh에서 상표명 및 모델 번호 Procion MX-5B로 상업적으로 입수할 수 있는 적색 디클로로트리아진 염료(전형적으로 섬유-반응성 염료로 칭하여짐.) 10.1 그램, 소디움 카보네이트 10.2 그램 및 물 1000그램으로 형성되었다. 상기 용액을 개방된 홀딩 탱크에 부었다. 감긴(rolled) 형태의 각각의 웹 시편을 언와이드 롤상에 놓고 감긴것을 풀고(unroll) 적합한 와인드 롤 및 구동 메카니즘에 의해 약 4 ft./min(약 2.03㎝/sec)의 공급 속도로 염색 용액 배스(bath)를 통과하도록 (즉, 딥-코팅됨) 연속적으로 당기고 그 후, 상기 와인드 롤에서 다시 권취하였다. 그 후, 각각의 권취 및 염색된 웹은, 상기 텍스타일 웹에 염료가 용이하게 결합되도록 실온의 밀봉 백에 약 12-15시간 동안 놓아두었다.

상기 시험에 사용된 세척 스테이션은 물을 최소 500㎖ 보유하기에 충분한 홀딩 탱크를 포함하였다. 물은 시험도중에 탱크에서 순환되지 않았다.

초음파 진동 시스템에 사용된 다양한 구성 요소는 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 혼(horn) 모델 11608A. 특히, 상기 혼은 연결 말단에서의 두께는 약 1.5인치(3.81cm)이며, 이의 터미널 말단에서의 두께는 약 0.5 인치(1.27cm), 폭은 약 6.0 인치(15.24cm) 그리고 길이(예를 들어, 도시된 구현에서 높이)는 약 5.5 인치(13.97cm) 였다. 혼의 터미널 말단으로 정의되는 상기 접촉면은 평평하고, 접촉면의 길이(예를들어, 혼의 터미널 말단에서의 두께와 대략 동일한)는 약 0.5 인치(1.27cm)였다.

시험하고자 하는 각각의 웹 시편에 대하여, 실온의 깨끗한 물 500㎖를 홀딩 탱크에 부었다. 권취 및 염색된 웹 시편을 언와인드 롤상에 놓고 웹이 물을 물 표면의 약 1 인치(약 2.54㎝) 아래에서 통과하도록, 도 1 및 도 2의 상기 세척 스테이션과 관련하여 상기한 바와 유사한 방식으로 적합한 와인드 롤 및 구동 메카니즘에 의해 물 내로 그리고 물을 통과하도록 당겼다. 약 5 lbs의 균일한 장력이 상기 웹에 (예를들어, 웹을 당기는 동안 웹을 와인드 롤 및 언와인드 롤 사이에 단단히 유지하므로써) 적용되었다. 웹의 공급속도는 약 4 피트/분(ft./min.)(약 2.03 ㎝/sec.)였다.

물을 통한 웹의 1차 통과 후에, 홀딩 탱크에서 물을 제거하였다. 제거된 물에서 물과 염료 용액의 총 양을 측정하였다. 그 후, 상기 1차 통과에 의해 웹으로 부터 제거된 염료 용액의 양은 물과 염료 용액의 총량에서 500㎖을 뺀 것으로 계산되었다.

상기 1차 세척후에, 상기 권취된 샘플 웹은 500㎖의 깨끗한 물에서 통상의 방식으로 손-세척(hand-wash)하여 텍스타일 웹에서 어떠한 비결합 염료(여전히 존재한다면)를 추가로 제거하였다. 그 후, 상기 물에서 물과 염료 용액의 총 양을 측정하였다. 그 후, 웹에서 제거된 부가적인 염료 용액의 양을 물과 염료 용액의 총량에서 500㎖을 뺀 것으로 계산하였다. 상기 손-세척(hand-wash) 공정은 세척후에 물이 육안상 깨끗해질 때까지 반복하였다.

제 1 시편에 대하여, 세척 스테이션을 통한 통과는 상기 물 또는 상기 웹에 어떠한 초음파 에너지를 적용하지 않고 행하였다. 제 2 시편에 대하여, 초음판 진동 시스템은 약 2 kW로 작동되고 약 20 kHz로 진동이 가하여 졌으며, 웹은 진동 시스템의 혼의 접촉면과 예를들어, 약 0.63 초의 체류시간 동안 직접 접촉하여 상기 물을 통과하였다. 제 3 시편에 대하여, 초음판 진동 시스템은 약 0.5 kW로 작동되고 약 20 kHz로 진동이 가하여 졌으며, 웹은 진동 시스템의 혼의 접촉면과 예를들어, 약 0.63 초의 체류시간 동안 직접 접촉하여 상기 물을 통과하였다.

제 1 및 제 2 시편에 대한 결과는 다음과 같았다 (마지막 처리에 의하여 제거되는 염료 용액이 실질적으로 없었으므로 각 시편에 대한 마지막 처리에 대하여는 제외하였다.):

	제거된 염료 용액
	세척 스테이션 (grams)	손-세척 (grams)	손-세척 (grams)	손-세척 (grams)	총 (grams)	세척 스테이션에서 제거된 퍼센트
초음파 오프(off)	0.003	0.015	0.004	0.003	0.025	12 퍼센트
초음파 온(on) (2kw, 20kHz)	0.018	0.012	---	---	0.030	60 퍼센트

따라서, 웹에 초음파 에너지를 직접 적용하므로써 세척 스테이션을 통한 1차 통과시, 웹으로 부터 제거될 수 있는 비결합 염료 용액의 양이 실질적으로 증가하였다. 그러나, 1차 통과시 초음파를 사용하므로써 제거되는 비결합 염료의 총양은 초음파없이 제거되는 염료 용액의 총 양과 비교적 근사하였다. 웹에 초음파 처리를 가한 후에 1차 손 세척시 웹에서 제거되는 비결합 염료의 양과 관련하여, 상기 결과는 초음파 처리에 의해 상기 웹으로 부터 미리 결합된 염료가 떨어져서 제거되지 않음을 나타낸다. 더 적은 투입 동력에서 행하여진 (따라서, 결과적으로 혼 변위 진폭이 작아진) 제 3 시편은 제 2 시편과 실질적으로 같은 결과를 나타내었다.

상기한 시험 결과로 부터, 텍스타일 웹은 상기 웹으로 부터 비결합 염료를 초음파를 사용하여 추가적으로 제거하기 위해 세척 스테이션을 일회 이상 부가적으로 통과시킬 수 있는 것으로 이해된다. 예를들어, 도 1-2에 도시된 세척 스테이션 31을 참조하여, 권취된 웹 23은 와인드 롤 49로 부터 제거될 수 있으며, 다시 언와인드 롤 45상에 놓고 웹이 동일한 세척 스테이션을 다시 통과하도록 할 수 있다. 또한, 제 2 홀딩 탱크(도시하지는 않았지만, 홀딩 탱크 33과 실질적으로 동일함.) 및 초음파 진동 시스템(도시하지는 않았지만, 진동 시스템 61 실질적으로 동일함.)은 홀딩 탱크 33의 하류에 배치될 수 있으며, 이에 따라 제 1 홀딩 탱크에서의 처리 후에, 상기 웹 23은 웹에서 비결합 염료를 추가적으로 제거하기 위해 제 2 초음파 처리 되도록 더 하류(downstream)의 제 2 홀딩 탱크로 당겨진다.

시험 2

코튼 텍스타일 웹에 초음파 에너지를 직접 적용한 효과를 평가하기 위한 시험을 행하였다. 이 시험에는, 2개의 동일하게 제조된 직물(woven) 코튼 웹 시편이 사용되었다. 시험 1의 웹 시편과 동일한 구조의 웹 시편이 사용되었다. 본 2번째 시험도중에 상기 시편은 염색되지 않은 상태로 유지되었다. 상기 시험에 대한 세척 스테이션은 시험 1에 시용된 세척 스테이션과 동일하였다.

시험하고자 하는 각각의 웹 시편에 대하여, 실온의 깨끗한 물 500㎖를 홀딩 탱크에 부었다. 권취된 웹 시편을 언와인드 롤상에 놓고 웹이 물을 물의 약 1 인치(약 2.54㎝) 아래에서 통과하도록 적합한 와인드 롤 및 구동 메카니즘을 사용하여 웹이 상기 물 표면의 약 1인치(약 2.54㎝) 아래를 통과하도록 물 안으로 그리고 물을 통과하도록 당겼다. 약 5 lbs의 균일한 장력이 상기 웹에 (예를들어, 웹을 당기는 동안 웹을 와인드 롤 및 언와인드 롤 사이에 단단히 유지하므로써) 적용되었다. 웹의 공급속도는 약 4 피트/분(ft./min.)(약 2.03 ㎝/sec.)였다.

물을 통한 웹의 1차 통과 후에, 홀딩 탱크에서 물을 제거하고 물에서 모든 코튼 섬유를 제거하기 위해 여과하였다. 그 후, 코튼 섬유는 건조되고 칭량(weight)하여 웹 시편에서 제거된 섬유 재료의 양을 측정하였다. 홀딩 탱크에 깨끗한 새로운 물 500㎖를 붓고, 웹 시편을 언와인드 롤상에 다시 놓고 다시 물을 통해 통과시켰다. 상기 공정을 3회 통과시에도 또한 반복하였다.

제 1 시편에 대하여, 초음파 진동 시스템은 약 2 kW로 작동되고 약 20 kHz로 진동이 가하여 졌으며, 웹은 진동 시스템의 혼의 접촉면과 예를들어, 약 0.63 초의 체류시간 동안 직접 접촉하여 물을 통해 통과되었다. 제 2 시편에 대하여, 초음파 진동 시스템은 약 0.5 kW로 작동되고 약 20 kHz로 진동이 가하여 졌으며 (예를들어, 그 결과 혼의 변위 진폭이 작아졌다.), 웹은 진동 시스템의 혼의 접촉면과 예를들어, 약 0.63 초의 체류시간 동안 직접 접촉하여 물을 통해 통과되었다.

제 1 시편에서는 (예를들어, 초음파 진동 시스템이 더 높은 투입 동력에서 작동되었으며, 따라서 더 큰 진폭임), 약 0.087그램의 코튼 섬유가 1차 통과시 웹으로 부터 제거되었다. 제 2 시편에서는 (초음파 진동 시스템이 더 낮은 투입 동력에서 작동되었으며, 따라서 더 작은 진폭임), 단지 약 0.02그램의 코튼 섬유가 1차 통과시 웹으로부터 제거되었다. 즉, 초음파 진동 시스템이 더 낮은 투입 동력에서 작동하므로써 더 높은 투입 동력에서 작동한 경우에 비하여 섬유 양의 약 1/5이 제거되었다.

본 발명 또는 이에 대한 바람직한 구현의 구성요소 설명시, "단수형(a, an)" 및 용어 "상기(the, said)"는 하나 이상의 구성요소들을 의미하는 것으로 의도된다. 용어, "포함하는(comprising, including)" "함유하는" 및 "갖는(having)"은 포괄적이며, 기재된 구성요소 이외의 추가적인 구성 요소가 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 의도된다.

본 발명에 의한 범위내에서 상기한 구조 및 방법에 대한 다양한 변형이 가능하며, 발명의 상세한 설명 및 도면에 기재된 그리고 나타낸 사항에 포함되어 있는 모든 내용은 예시적인 것으로 이로써 한정되지 않도록 해석되는 것으로 의도된다.

도 1은 염료 스테이션(dye station)을 개략적으로 나타내고 장치의 린싱 스테이션(rinsing station)의 초음파 진동 시스템을 진동 시스템의 침지위치로 도시한 일 구현에 의한 텍스타일 웹 염색 공정에 따른 일 구현에 의한 텍스타일 웹 염색 장치를 나타내는 개략적인 사시도이며;

도 2는 도 1의 장치의 린싱 스테이션의 측면도이며;

도 2A는 초음파 진동 시스템을 진동 시스템의 철회 위치로 도시한 도 2와 유사한 측면도이며;

도 3은 도 1의 장치의 초음파 진동 시스템의 정면도이며;

도 4는 이들의 측면도이며;

도 5는 장치의 초음파 진동 시스템의 진도 시스템의 침지 위치로 나타낸 텍스타일 웹의 염색 공정에 따른 텍스타일 웹을 염색하는 장치의 다른 구현을 나타내는 개략적인 사시도이다.

상응하는 참고 문자는 도면 전반에서 상응하는 부분을 나타낸다.

Claims

염료를 텍스타일 웹에 적용하는 단계;

염색된 텍스타일 웹을 처리액(treatment liquid)에 일반적으로 상기 텍스타일 웹의 개방 형태(open configuration)로 침지하는 단계;

초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 접촉면이 상기 처리액중에 침지된 상기 텍스타일 웹의 최소 일부분과 직접 접촉하여 상기 처리액 내에 침지하는 단계; 및

처리액의 흐름에 혼입(entrainment)되도록 하기 위한 텍스타일 웹으로 부터의 비결합 염료의 제거를 용이하게 하기 위해서 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면에서 상기 처리액중에 침지된 텍스타일 웹의 최소 일부분에 초음파 에너지를 부여하도록 초음파 진동 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는 제 1 면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 텍스타일 웹의 염색 방법.
제 1항에 있어서, 상기 염료를 텍스타일 웹에 적용하는 단계는 염료를 상기 텍스타일 웹의 상기 제 1면에 적용하는 단계를 포함하며, 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 침지하는 단계는 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 상기 텍스타일 웹의 상기 제 1 면 및 상기 제 2면중 하나와 상기 접촉면이 직접 접촉하여 침지하는 단계를 포함하는 방법.
제 2항에 있어서, 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 침지하는 단계는 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 상기 접촉면이 상기 텍스타일 웹의 상기 제 1 면과 직접 접촉하여 침지하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 염색된 텍스타일 웹을 처리액에 침지하는 단계는 상기 웹을 상기 처리액 내에서 이의 기계방향으로 이동시키는 단계(moving)를 포함하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 처리액은 흐름 방향(flow direction)으로 흐르고, 상기 웹을 기계 방향으로 이동시키는 단계는 상기 웹을 상기 처리액의 흐름 방향과 다른 기계방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 웹을 기계방향으로 이동시키는 단계는 상기 웹을 상기 처리액의 흐름 방향과 반대되는 기계방향으로 이동시키는 단계는 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 염색된 텍스타일 웹을 처리액에 침지하는 단계는 상기 웹을 상기 텍스타일 웹이 상기 처리액 외부의 배치되는 상류 위치(upstream location) 부터 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면과 직접 접촉하는 상기 처리액 내의 위치로 기계방향으로 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은 상기 웹을 상기 처리액의 외부의 하류 위치로 기계방향으로 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 초음파 진동 시스템은 수직 축을 가지며, 상기 텍스타일 웹은 상기 상류 위치로 부터 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면과 직접 접촉하는 상기 처리액 내의 위치로 일반적으로 상기 초음파 진동 시스템의 상기 수직축에 대한 접근각을 따라 이동하며, 상기 접근각은 1 내지 89도 범위인 방법.
제 8항에 있어서, 상기 접근각은 10 내지 45도 범위인 방법.
제 8항에 있어서, 상기 텍스타일 웹은 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면과 직접 접촉하는 위치로 부터 상기 초음파 진동 시스템의 상기 수직축에 대한 이탈각을 따라 상기 하류 위치로 이동하며, 상기 이탈각은 1 내지 89도 범위인 방법.
제 10항에 있어서, 상기 이탈각은 상기 접근각과 같은 방법.
제 1항에 있어서, 상기 텍스타일 웹은 폭을 가지며, 상기 방법은 상기 텍스타일 웹에 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면과 직접 접촉하는 상기 텍스타일 웹의 최소 일부분에, 상기 텍스타일 웹의 폭을 가로질러 균일한 장력을 유지하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 장력은 상기 텍스타일 웹의 폭 1 인치(inch) 당 0.05 내지 3 파운드(pound) 범위인 방법.
제 1항에 있어서, 상기 초음파 진동 시스템은 20 kHz 내지 40 kHz 범위의 주파수에서 진동되는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 초음파 진동 시스템은 이의 진동시 상기 접촉면에서 변위 진폭(displacement amplitude)를 가지며, 상기 진폭은 0.0005 내지 0.007 인치 범위인 방법.
제 1항에 있어서, 상기 초음파 진동 시스템을 작동시키는 단계는 상기 시스템에 전력 투입을 공급하는 단계를 포함하며, 상기 전력 투입은 0.5 kW 내지 2kW 범위인 방법.
제 1항에 있어서, 상기 텍스타일 웹은 폭을 가지며, 상기 초음파 진동 시스템은 상기 접촉면을 정의하는 터미널 말단을 갖는 초음파 혼(ultrasonic horn)을 포함하며, 상기 초음파 혼의 터미널 말단은 상기 웹의 폭과 같거나 혹은 상기 웹의 폭보다 큰 폭을 가지며, 상기 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 상기 접촉면이 상기 처리액에 침지된 상기 텍스타일 웹의 최소 일부분과 직접 접촉하여 침지하는 단계는 상기 혼의 상기 터미널 말단이 상기 웹과 직접 접촉하는 접촉면을 갖는 웹의 폭을 가로질러 폭방향으로 연장되도록 상기 초음파 혼을 배치시키는 단계를 포함하는 방법.
제 16항에 있어서, 상기 초음파 혼은 상기 초음파 혼의 상기 터미널 말단에서 최소한 이의 폭을 따라 연속적으로 연장되는 단일한 구조(unitary construction)인 방법.
염료를 텍스타일 웹에 적용하는 단계;

상기 텍스타일 웹을 상기 텍스타일 웹이 처리액에 침지되도록 상기 처리액을 포함하는 홀딩 탱크내로 향하도록 하는 단계(directing);

상기 홀딩 탱크내의 상기 처리액을 상기 처리액이 상기 탱크로 유입되는 상기 탱크의 유입구로 부터 상기 처리액이 상기 탱크로 부터 배출되는 상기 탱크의 배출구로 흘리는 단계(flowing);

접촉면이 상기 처리액에 침지된 상기 텍스타일 웹의 최소 일부분과 직접 접촉하여, 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면을 상기 탱크내의 상기 처리액내에 침지하는 단계;

처리액의 흐름에 혼입(entrainment)되도록 하기 위한 텍스타일 웹으로 부터의 비결합 염료의 제거를 용이하게 하기 위해서 상기 처리액중에 침지된 텍스타일 웹의 최소 일부분에 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면에서 초음파 에너지를 부여하도록 초음파 진동 시스템을 작동시키는 단계; 및

상기 처리액이 상기 홀딩 탱크로 부터 배출된 후에 상기 처리액에서 염료를 여과하는 단계를 포함하는 제 1 면 및 상기 제 1면 반대편의 제 2면을 갖는 텍스타일 웹의 염색 방법.
제 18항에 있어서, 상기 처리액에서 염료를 여과하는 단계 후에, 처리액을 상기 홀딩 탱크의 상기 유입구로 다시 재-순환시키는 단계를 포함하는 방법.
제 18항에 있어서, 상기 염료를 상기 텍스타일 웹에 적용하는 단계는 염료를 상기 텍스타일 웹의 제 1 면에 적용하는 단계를 포함하며, 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 침지하는 단계는 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면을 상기 접촉면이 상기 텍스타일 웹의 상기 제 1면 및 상기 제 2면중 하나와 직접 접촉하도록 상기 처리액에 침지하는 단계를 포함하는 방법.
제 20항에 있어서, 초음파 진동 시스템의 접촉면을 상기 처리액에 침지하는 단계는 상기 초음파 진동 시스템의 상기 접촉면을 상기 접촉면이 상기 텍스타일 웹의 상기 제 1면과 직접 접촉하도록 상기 처리액에 침지하는 단계를 포함하는 방법.