KR101591907B1

KR101591907B1 - 섬유의 연속전처리 방법

Info

Publication number: KR101591907B1
Application number: KR1020150123210A
Authority: KR
Inventors: 김숙래; 이인열; 이정호; 박현덕
Original assignee: 한국섬유소재연구원
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-02-18

Abstract

본 발명은 섬유의 연속전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련, 표백 및 머서화 가공의 공정이 단일공정으로 이루어지며, 별도의 침지조를 필요로 하지 않는 섬유의 연속전처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 해감된 섬유제품을 준비하고, 상기 섬유제품을 이송롤러를 이용하여 닙롤러(Nip Roller)로 이송하는 섬유이송단계:와 가공조액 농도 3%~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과 침투제와 과산화수소수(H2O2)의 혼합액을 각각 준비하고, 상기 닙롤러의 상부에 형성된 공간에 상기 각각의 가공조액을 공급하여 섬유에 가공조액을 처리하는 가공조액처리단계;와 상기 가공조액이 처리된 섬유를 권취롤로 권취하여 30분~90분간 숙성시키는 반응숙성단계; 및 상기 반응숙성단계가 완료된 섬유를 스팀기(Steamer)에 이송시켜 스팀기 내부 온도를 상부온도 60~105℃, 하부온도 40~80℃ 조건에서 증기 내 수분율 10% 이상인 포화증기를 공급하여 1~5분간 스팀(steaming) 처리하는 스팀공정을 포함하여 이루어지는 섬유의 연속전처리 방법이 개시된다.

Description

섬유의 연속전처리 방법{Pretreatmenting method of the fabric}

본 발명은 섬유의 연속전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련, 표백 및 머서화 가공의 공정이 단일공정으로 이루어지며, 별도의 침지조를 필요로 하지 않는 섬유의 연속전처리 방법에 관한 것이다.

섬유염색가공업의 에너지소비는 연료사용량의 77%, 전기 사용량의 54%를 차지하기 때문에 에너지절감 및 친환경정책 영향에 따른 어려움에 처해 있지만 불순물을 제거하거나 심미성과 기능성을 부여할 수 있는 부가가치가 높은 산업이다.

한편, 소비자의 제품 품질에 대한 요구사항은 계속 높아지고 있으며 친환경 적인 제품개발과 생산성 향상을 통한 부가가치창출은 산업의 성패를 결정하는 요소가 되고 있다. 때문에 생산설비의 자동화와 연속생산설비, 공정단축 및 개선은 상당한 수준까지 변화되고 있으며 이미 유럽에서는 인원의 최소화, 생산시간 단축, 환경영향 최소화를 위한 연속염색법이 증가하고 있는 추세이다.

이러한 연속염색기술은 직물에서는 1960년대부터 연속정련, 표백 장비의 개발과 Pad-Dry-Pad-Steam, Pad-Dry-Thermofix 등의 염색기술이 상용화 되었으나 니트의 경우 장력으로 인한 신축성 손상, 변부 말림 등의 문제로 유럽의 선진 업체를 제외하고는 대부분의 업체가 배치식 공정을 택하고 있다.

니트용 연속 전처리기 및 Pad Dying 장치는 2000년대 초반부터 Kusters, Goller, Erbatech, Benninger 같은 유럽의 선도기업을 중심으로 기술개발 및 판매가 이루어지고 있다.

섬유의류용으로 가장 많이 사용되고 있는 소재인 면과 천연원료에서 추출된모달, 텐셀, 레이온 등의 셀룰로오스계 혼방 소재들은 대부분 고급의류에 사용되며 실크와 같은 광택과 기능성을 갖기 위해서는 고농도의 수산화나트륨에 처리하는 머서화가공이 필요하다.

이러한 제품은 우수한 염색성과, 균일한 외관 및 광택, 인장강도의 증가, 세탁 후에 수축의 안정 및 표면의 모우 발생이 적어 고급 소재에 적용되는 가공법으로 현재는 액체암모니아 장비까지 상용화 단계에 이르렀으나 고가의 대규모 설비가 필요하며 높은 가공비용과 생산 공정 추가로 대중화되기에는 현실적으로 어려운 문제들이 많이 존재하고 있다.

니트제품의 대부분은 배치식 공정으로 용수와 에너지가 연속식에 비해 50% 이상 소요되며, 공정 중 원단의 마찰에 의한 표면 필링 현상의 문제로 인한 품질저하, 제조공정의 코스트가 높은 문제를 갖고 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2009-0044709호. 대한민국공개특허공보 제10-2006-0078636호. 대한민국공개특허공보 제10-2013-0113245호.

본 발명에서는 CPB Padder를 이용하여 정련제 및 표백제를 사용하지 않는 섬유의 연속전처리 방법을 제공하기 위한 것으로, 정련, 표백 및 머서화가공 효과를 동시에 부여하고, 별도의 침지조를 구성하지 않아 섬유의 전처리에 사용되는 침지액을 해감된 섬유제품을 닙롤러(Nip Roller)를 통과시킬 때, 침지액을 일정량과 공급속도를 조절하여 공급함으로써 용·폐수절감 및 생산공정의 단축, 섬유제품 품질의 결정적 요소인 소재의 고급성, 색상의 우수성, 치수안정성 확보하여 고부가가치의 섬유제품을 제조할 수 있는 정련, 표백 및 머서화가공 기능이 복합된 섬유의 연속전처리 방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 섬유의 연속전처리 방법은 해감된 섬유제품을 준비하고, 상기 섬유제품을 이송롤러를 이용하여 닙롤러(Nip Roller)로 이송하는 섬유이송단계:

가공조액 농도 3~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과 침투제와 과산화수소수(H2O2)의 혼합액을 각각 준비하고, 상기 닙롤러의 상부에 형성된 공간에 상기 각각의 가공조액를 공급하여 섬유에 가공조액을 처리하는 가공조액처리단계;

상기 가공조액이 처리된 섬유를 권취롤로 권취하여 30분~90분간 숙성시키는 반응숙성단계; 및

상기 반응숙성단계가 완료된 섬유를 스팀기(Steamer)에 이송시켜 스팀기 내부 온도를 상부온도 60~105℃, 하부온도 40~80℃ 조건에서 증기 내 수분율 10% 이상인 포화증기를 공급하여 5~10분간 스팀(steaming) 처리하는 스팀공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 닙롤러는 좌우 한 쌍으로 구성되며, 상기 닙롤러를 구성하는 각각의 롤러는 지름 680~700mm 이상인 것으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가공조액은 농도 3~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과, 침투제 및 과산화수소수(H2O2) 혼합액을 각각 준비하고, 상기 수산화나트륨용액과 혼합액을 4:1~1:1의 액비로 닙롤러 상부공간에 공급하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반응숙성이 완료된 섬유를 드웰링(Dwelling) 장치로 이송하여 장력 -30~+30 조건으로 배칭 이송시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가공조액의 공급량은 상기 닙롤러 상부에 8ℓ 정도가 유지될 수 있도록 수위조절센서를 이용하여 규칙적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공되는 섬유의 연속전처리 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

1. 기술적 측면

본 발명에 따른 연속전처리 및 수세 장비에 머서화가공을 One-Step으로 처리할 수 있는 연속시스템을 통하여 섬유 제품 품질의 결정적 요소인 소재의 고급성, 색상의 우수성, 치수안정성 확보와 생산공정의 단축 및 에너지절감으로 제품경쟁력을 확보할 수 있다.

또한, 선진국의 제품에 비하여 소재의 고급성, 색상의 우수성, 치수안정성 등 니트 제품 품질에 직접적인 영향을 미치는 요소의 경쟁력을 높일 수 있다.

2. 경제·산업적 측면

일반적으로 니트제품의 배치식 생산프로세스보다 본 발명에 따른 니트섬유의 연속전처리 방법은 용수 40~60%, 스팀 30~65%, 전기 30~40%, 가스 30~35%, 염료 및 조제를 약20% 수준으로 절감할 수 있고, CO₂ 30% 이상 절감 및 공정시간 40% 이상의 단축 효과를 얻을 수 있다.

또한, 면 60‘s 이상의 고급 니트 제품 제조시 머서화가공 처리 후 별도의 정련, 표백 공정을 진행해야 하지만 전처리공정과 머서화가공을 One-Step공정으로 진행함으로써 생산코스트 절감 및 생산성 향상, 제품의 경쟁력을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 전처리과정에서 사용되는 가공조액을 별도의 침지조에 저장하지 않고, 일정 직경 이상을 가지는 좌우 한쌍의 닙롤러를 구비하여 상기 닙롤러의 상부에 형성되는 공간에 가공조액을 공급량을 조정하고, 세팅된 가공조액의 양에 따라 자동으로 적가함으로써 충분한 가공조액 처리효과를 얻으면서 동시에 사용되는 가공조액을 획기적으로 절감하는 효과를 가지게 된다.

도 1은 종래의 연속전처리 공정이 적용된 기존염색공정과 본 발명의 연속전처리 및 머서화가공의 단일 공정이 적용된 연속전처리 방법이 적용된 염색공정을 비교한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속전처리 방법의 일례를 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속전처리 방법의 다른 실시형태를 도시한 공정도 이다.
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 기존염색공정과 본 발명이 적용된 염색공정의 공정별 소요 에너지를 비교한 사진이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1은 종래의 연속전처리 공정이 적용된 기존염색공정과 본 발명의 연속전처리 및 머서화가공의 단일 공정이 적용된 연속전처리 방법이 적용된 염색공정을 비교한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연속전처리 방법의 일례를 도시한 공정도이며, 도 3은 본 발명에 따른 연속전처리 방법의 다른 실시형태를 도시한 공정도이며, 도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 기존염색공정과 본 발명이 적용된 염색공정의 공정별 소요 에너지를 비교한 데이터를 도시한 사진이다.

본 발명에 따른, 섬유의 연속전처리 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 CPB 염색공정에서 니트섬유를 CPB Padding 전 머서화가공->연속수세->텐터건조->연속전처리하는 섬유의 전처리과정을 개발공정도에서 보여지는 것처럼 섬유의 정련, 표백 및 머서화가공이 단일공정화 함으로써, 섬유의 연속전처리공정을 단축하는 것에 그 기술적 특징이 있는 것으로, 이를 첨부도면 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 섬유의 연속전처리 방법은 해감된 섬유제품(12)을 준비하고, 상기 섬유제품(12)을 이송롤러(14)를 이용하여 닙롤러(10; Nip Roller)로 이송하는 섬유이송단계:와 가공조액 농도 3%~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액(20)과 침투제와 과산화수소수(H2O2)의 혼합액(30)을 각각 준비하고, 상기 닙롤러의 상부에 형성된 공간(40)에 상기 각각의 가공조액(50)을 공급하여 섬유에 가공조액(50)을 처리하는 가공조액처리단계;와 상기 가공조액이 처리된 섬유(22)를 권취롤(60)로 권취하여 30분~90분간 숙성시키는 반응숙성단계; 및 상기 반응숙성단계가 완료된 섬유(24)를 스팀기(70; Steamer)에 이송시켜 스팀기 내부 온도를 상부온도 60 ~105℃, 하부온도 40~80℃ 조건에서 증기 내 수분율 10% 이상인 포화증기를 공급하여 5~10분간 스팀(steaming) 처리하는 스팀공정 및 연속수세공정을 포함하여 이루어지는 것에 그 기술적 특징이 있다.

이때, 상기 반응숙성단계에서 숙성시간이 30분 미만일 경우에는 표백처리가 균일하지 않을 수 있는 단점이 있고, 90분을 초과할 경우에는 더 이상의 표백처리 효과를 나타내지 않으며, 공정시간이 길어지고 생산비용이 증가되는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 닙롤러(10)는 좌우 한 쌍의 롤러(10a, 10b)로 구성되며, 상기 닙롤러를 구성하는 각각의 롤러는 지름 680mm 이상인 것으로 구성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 지름 680~700mm을 만족하도록 구성되는 것이 더욱 좋다. 만일, 680mm 미만의 롤러로 구성될 경우, 본 발명에서 목적하는 최적의 가공조액의 공급량인 8ℓ를 채울 수 없는 공간이 형성되어 약품의 원단 내부로의 침투가 원활하지 못하여 백도 및 터치에 문제가 있을 수 있다. 또한, 700mm를 초과하여도 큰 문제가 되지 않으나, 약품의 원단 내부로의 침투를 원활히 하기 위하여 바람직한 형태로 지름이 690mm 이내로 한정하는 것이 바람직한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 가공조액은 농도 3%~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과, 침투제 및 과산화수소수(H2O2) 혼합액으로 구성되며, 상기 수산화나트륨(NaOH)용액과, 침투제 및 과산화수소수(H2O2) 혼합액을 각각 준비하고, 상기 수산화나트륨용액과 혼합액을 4:1~1:1의 액비를 만족하도록 닙롤러 상부공간에 공급하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 액비의 임계치를 초과하여 공급될 경우에는 원단의 백도 및 원단의 터치가 불안정해지는 단점이 있다. 바람직하게는 상기 가공조액의 공급량은 상기 닙롤러 상부에 8ℓ~ 12ℓ 정도가 유지될 수 있도록 수위조절센서를 이용하여, 규칙적으로 공급하는 것이 좋다.

이때, 상기 혼합액을 구성하는 침투제는 통상사용되는 것을 사용하는 것이나 바람직하게는 소듐 2 에틸헥실 설페이트(Sodium 2 ethylhexyl sulfate)를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 혼합액의 구성은 침투제와 과산화수소수를 4:1~1:1 의 중량비를 가지도록 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 닙롤러의 상부공간에 채워지는 가공조액의 채움량은 8~12ℓ인 것이 바람직하다. 그 이유는 8ℓ 미만일 경우에는 약품의 원단 내부로의 침투가 원활하지 못하여 백도 및 터치가 불안정해지는 단점이 있고, 12ℓ를 초과할 경우에는 약품이 롤러위로 넘쳐 권취롤러에 감긴 원단에 도포되어 불균일한 처리가 발생될 수 있는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 보다 바람직한 형태로, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반응숙성이 완료된 섬유를 스팀기에 이송하기 전에 드웰링(Dwelling)장치(80)를 두어, 상기 반응숙성이 완료된 섬유를 드웰링(Dwelling)장치로 이송하여 드웰링창치에 구비된 다수개의 이송롤러(82)를 45rpm/min의 속도로 회전시켜 약품의 균일한 처리를 유지하도록 드웰링장치(80) 처리구간을 더 포함하여 이루어지는 것이 좋다.

이상에서 개시되는 본 발명에 따른 섬유의 연속전처리 방법을 채택하여 기존염색공정과 본 발명의 연속전처리 방법이 적용된 염색공정의 에너지 소모량을 비교해 보았으며, 그 결과는 도 4에 도시된 바와 같다.

도 3의 비교분석 결과, 기존공정보다 염색가공공정이 획기적으로 단축됨으로써 용수 약 49%, 전기 약 36%, 가스 약 33%, 스팀 약 32%, CO2 약 33% 절감 및 공정시간 약 41%의 단축효과가 있는 것으로 분석되었다.

한편, 본 발명의 니트섬유 연속전처리 방법을 적용하여 종래의 침염법과 종래 연속전처리+CPB염색 및 본발명의 연속전처리 방법+CPB염색공정을 각각 Cotten 60'S 원단을 동일한 염료 농도로 염색(15g/L) 후, 염색성, 수축율 및 파열강도를 비교분석하여 보았다. 그 결과는 하기 표 1 내지 3에 나타내었다. 또한, 공정별 외관 측정을 하여보았으며, 그 결과는 표 4에 나타내었다.

<시험결과>

1. 염색성(사용장비: Macbeth Color i7)

측색기를 사용하여 K/S를 측정한 결과 하기 표 1에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 전처리방법을 채택한 염색공정이 가장 높음 염색성을 나타내었다.

	처리 공정	K/S(550nm)
1	침염	4.035
2	연속전처리 + CPB	5.971
3	〔(연속전처리+머서화) + CPB〕	6.250

2. 수축율(AATCC Test Method 135-2010, 27℃, 1회 세탁, 자연건조)

하기 표 2의 결과, 종래의 공정을 적용할 경우 수축율이 8%가 발생된 것과 비교하여 일반적으로 Single 원단의 고가 Buyer 요구조건인 5% 이내의 수축율이 발생하여 매우 우수한 수축율 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다.

	처리 공정	장(%)	폭(%)
1	침염	-8.3	2.7
2	연속전처리 + CPB	-8.5	-5.7
3	〔(연속전처리+머서화) + CPB〕	-3.9	-4.1

3. 파열강도(KS K ISO 13937-1:2011 유압법)

하기 표 3의 결과, 파열강도는 침염 공정의 니트제품이 가장 낮은 강도의 결과가 보였으며 본 발명의 방법이 적용된 공정의 제품이 (연속전처리+CPB)공정보다 강도가 약간 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이는 투입 약품 농도 및 기계조건에 대한 차이로 분석된다.

	처리 공정	파열강도(Kpa)
1	침염	669
2	연속전처리 + CPB	770.3
3	〔(연속전처리+머서화) + CPB〕	723

4. 외관

하기 표 4에 나타난 바와 같이, 상대적으로 본 발명의 연속전처리 방법이 적용된 제품이 기존 제품들보다 우수한 광택과 표면 Hairness를 나타냄을 알 수 있었다.

	처리 공정	100배 확대(영상현미경)
1	침염
2	연속전처리 + CPB
3	본발명의 전처리 + CPB〕

10: 닙롤러 12: 섬유제품
14: 이송롤러 20: 수산화나트륨(NaOH)용액
22: 가공조액처리섬유 30: 혼합액
40: 공간 50: 가공조액
60: 권취롤 70: 스팀기
80: 드웰링장치

Claims

해감된 섬유제품을 준비하고, 상기 섬유제품을 이송롤러를 이용하여 닙롤러(Nip Roller)로 이송하는 섬유이송단계:
가공조액 농도 3%~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과 침투제와 과산화수소수(H2O2)의 혼합액을 각각 준비하고, 상기 닙롤러의 상부에 형성된 공간에 상기 각각의 가공조액을 공급하여 섬유에 가공조액을 처리하는 가공조액처리단계;
상기 가공조액이 처리된 섬유를 권취롤로 권취하여 30분~90분간 숙성시키는 반응숙성단계; 및
상기 반응숙성단계가 완료된 섬유를 스팀기(Steamer)에 이송시켜 스팀기 내부 온도를 상부온도 60~105℃, 하부온도 40~80℃℃ 조건에서 증기내 수분율 10%이상인 포화증기를 공급하여 5~10분간 스팀(steaming) 처리하는 스팀공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유의 연속전처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 닙롤러는 좌우 한 쌍으로 구성되며, 상기 닙롤러를 구성하는 각각의 롤러는 지름 680mm 이상인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유의 연속전처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 가공조액은 농도 3~23%의 수산화나트륨(NaOH)용액과, 침투제 및 과산화수소수(H2O2) 혼합액을 각각 준비하고, 상기 수산화나트륨용액과 혼합액을 4:1~1:1의 액비로 닙롤러 상부공간에 공급하는 것을 특징으로 하는 섬유의 연속전처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 반응숙성이 완료된 섬유를 스팀기에 이송하기 전에 드웰링(Dwelling) 장치(80)를 두어, 상기 반응숙성이 완료된 섬유를 드웰링(Dwelling) 장치로 이송하여 드웰링창치에 구비된 다수개의 이송롤러를 45rpm/min의 속도로 회전시켜 약품의 균일한 처리를 유지하도록 드웰링 장치 처리구간을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유의 연속전처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 가공조액의 공급량은 상기 닙롤러 상부에 그 채움량이 8ℓ 이상을 유지될 수 있도록 수위조절센서를 이용하여 규칙적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 섬유의 연속전처리 방법.