KR102119304B1

KR102119304B1 - 저온 대기압 플라즈마를 이용한 기능성 원단 가공 장치

Info

Publication number: KR102119304B1
Application number: KR1020180032038A
Authority: KR
Inventors: 홍연웅
Original assignee: 동양대학교 산학협력단
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20190110277A

Abstract

본 발명은 원단으로 소정의 기능이나 색상을 가지도록 처리하는 가공 장치에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 원단을 밀폐된 상태로 가공하는 한 쌍의 전·후처리 챔버와, 상기 챔버 사이에 연통된 공간을 분할시키는 격판을 구비하는 본체부; 상기 전·후처리 챔버 내에 원단을 공급·배출하는 이송롤러와, 원단의 장력을 조절시키는 가이드롤러를 구비하는 이송부; 상기 전처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 소정의 가스 분위기에서 플라즈마 처리하여 계면을 개질시키는 방전유닛; 상기 후처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 초음파 진동으로 미립화한 소정의 물질을 고압으로 분무하여 흡착시키는 코팅유닛; 및 상기 전·후처리 챔버 내에 가스를 주입·배출하는 가스관과, 미 흡착으로 잔류하는 물질을 배출하는 배기관을 각각 구비하는 배관부;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 본 발명의 가공 장치는 기능성 물질을 미립자로 코팅하기 전, 저온 대기압 플라즈마 처리하여 원단을 개질시켜 물질이 침투하는 심도 및 밀도를 높여 지속성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

저온 대기압 플라즈마를 이용한 기능성 원단 가공 장치{Functional Fabric Processing Apparatus Using Low Temperature Atmospheric Pressure Plasma}

본 발명은 원단에 소정의 기능이나 색상을 가지도록 처리하는 가공 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원단을 대기압의 저온 플라즈마 처리하여 표면을 개질시킨 다음, 기능이나 색상을 가지는 미립자를 분무하여 흡착시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 의류나 침구류 등은 옷감(또는 커버)이나 충전재 등에 피부에서 분비되는 노폐물이 스며들어, 인체에 유해한 미생물(세균, 곰팡이, 진드기 등)이 증식하기 좋은 환경을 갖추고 있다.

전술한 미생물은 각종 질환(호흡기질환, 알레르기질환, 피부질환 등)을 유발하고, 심한 악취를 발생시킨다. 그로 인해, 최근에는 항균방취 가공된 원단을 사용한 의류나 침구류가 소비자들에게 각광받고 있다.

이러한 항균방취 가공의 일례로 쪽 염색을 들 수 있다. 쪽 염색은 마디과 풀인 쪽에서 얻어진 염료 용액에 원단을 침지시킴으로써 이루어진다. 쪽물로 염색된 원단은 항균성이 우수하고, 알레르기 반응을 억제하는 효과가 있다.

그런데 기존의 침지 법은 고가의 조성물이 대량 소모되는 문제점이 있다. 더구나 원단이 조성물 용액에 완전히 적셔짐으로 인해 원단을 건조 시키는데 많은 시간이 소요되고, 건조기를 이용하더라도 그로인한 많은 에너지가 필요한 문제가 있었다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1787669호 (발명의 명칭: 원단 가공장치)를 제안한 바 있다. 이러한 장치는 원단에 초음파 진동에 의해 미립화한 조성물을 분무하여 기능성을 가지도록 가공하였다.

그러나 원사의 물성이 우수할수록 내부의 결정영역이 기존의 원사에 비하여 크고 고 연신으로 인하여 비결정영역의 비율이 낮아 조성물의 침투가 어려운 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1787669호 (발명의 명칭: 원단 가공장치)

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 원단에 초음파 진동으로 미립화한 소정의 기능성 물질을 고압으로 분무하여 흡착시키는 것은 물론, 흡착 전에 물질과의 친화성을 가지도록 플라즈마 처리하여 물질의 낭비를 최소화하면서도 물질의 기능은 극대화할 수 있는 저온 대기압 플라즈마를 이용한 기능성 원단 가공 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원단으로 소정의 기능이나 색상을 가지도록 처리하는 가공 장치에 있어서: 원단을 밀폐된 상태로 가공하는 한 쌍의 전·후처리 챔버와, 상기 챔버 사이에 연통된 공간을 분할시키는 격판을 구비하는 본체부; 상기 전·후처리 챔버 내에 원단을 공급·배출하는 이송롤러와, 원단의 장력을 조절시키는 가이드롤러를 구비하는 이송부; 상기 전처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 소정의 가스 분위기에서 플라즈마 처리하여 계면을 개질시키는 방전유닛; 상기 후처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 초음파 진동으로 미립화한 소정의 물질을 고압으로 분무하여 흡착시키는 코팅유닛; 및 상기 전·후처리 챔버 내에 가스를 주입·배출하는 가스관과, 미 흡착으로 잔류하는 물질을 배출하는 배기관을 각각 구비하는 배관부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 방전유닛은 원단의 표면에 배치되는 상면전극과, 원단의 이면에 배치되는 하면전극으로 분할 구성되되, 상기 상면전극과 하면전극은 원단으로부터 20~30mm 이격되는 위치에 배치되고, 상호 간섭을 방지하도록 원단의 길이방향으로 100~200mm 이격되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 방전유닛은 순도 99% 이상의 아르곤(Ar), 순도 99% 이상의 질소, 또는 이들을 혼합한 가스 분위기에서 0~80℃로 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 원단에 초음파 진동으로 미립화한 기능성 물질을 고압으로 분무하여 흡착시키는 것은 물론, 흡착 전에 물질과의 친화성을 가지도록 플라즈마 방전시켜 계면이 거칠도록 요철을 형성함에 따라 전반적인 물질의 낭비를 최소화하면서도 물질의 기능은 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 가공장치를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가공장치의 주요부를 나타내는 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 원단(F)으로 소정의 기능이나 색상을 가지도록 처리하는 가공 장치에 관련되며, 도 1처럼 본체부(10), 이송부(20), 방전유닛(30), 코팅유닛(40), 배관부(50)를 주요 구성으로 하는 저온 대기압 플라즈마를 이용한 기능성 원단 가공 장치이다.

먼저, 본 발명에 따른 본체부(10)는 가공 장치를 이루는 터널형의 프레임으로서, 도 1처럼 원단(F)을 밀폐된 상태로 가공하는 한 쌍의 전·후처리 챔버(11)(12)와, 챔버(11)(12) 사이에 연통된 공간을 분할시키는 격판(15)으로 이루어진다.

즉, 전처리 챔버(11)는 도 2처럼 방전유닛(30)이 구성되어 원단(F)의 표면을 개질하는 공간이고, 후처리 챔버(12)는 도 3처럼 코팅유닛(40)이 구성되어 원단(F)의 표면에 물질을 코팅하는 공간이다.

이러한 전·후처리 챔버(11)(12)는 서로 동일선상에 구성되고, 중앙에 격판(15)으로 분할하였으나, 전처리 챔버(11)와 후처리 챔버(12)를 각각 독립적으로 구성할 수도 있다.

그리고 본 발명에 따른 이송부(20)는 준비된 원단(F)이 가공 처리되도록 본체부(10)로 통과시키는 것으로, 도 1처럼 전·후처리 챔버(11)(12)내에 원단(F)을 공급·배출하는 이송롤러(21)와, 원단(F)의 장력을 조절시키는 가이드롤러(25)로 이루어진다.

즉, 이송롤러(21)는 이송모터(도면 미도시)로부터 동력을 전달받아 원단(F)의 표면과 이면에 밀착된 상태로 회전하고, 가이드롤러(25)는 이송되는 원단(F)으로 일정한 장력을 부가하여 정렬 상태를 유지해 준다.

여기서 이송롤러(21)는 원단(F)의 두께에 따라 롤러와의 간격을 조절할 수 있도록 구성하는 것이 좋으며, 에어압력 또는 스프링의 탄성력으로 원단(F)을 가압하는 것이 바람직하다.

이어서 본 발명에 따른 방전유닛(30)은 원단(F)의 표면을 개질하는 것으로, 도 1처럼 전처리 챔버(11)내에 이송되는 원단(F)으로 소정의 가스 분위기에서 플라즈마 처리하여 계면을 개질시킨다.

이러한 방전유닛(30)은 유전체 격막 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD)기술로, 원단(F)의 표면에 배치되는 상면전극(31)과, 이면에 배치되는 하면전극(35)으로 분할 구성되어 원단(F)의 면을 모두 개질한다.

여기서 상면전극(31)과 하면전극(35)은 도 2처럼 원단(F)의 대향면으로부터 20~30mm 이격되는 위치에 배치되고, 상호 간섭을 방지하도록 원단(F)의 길이방향으로 100~200mm 이격되는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

이러한 방전유닛(20)은 순도 99% 이상의 아르곤(Ar), 순도 99% 이상의 질소, 또는 이들을 혼합한 가스 분위기에서 0~80℃로 플라즈마 처리한다.

예컨대, 전처리 챔버(11)내에 후술하는 가스관(51)으로부터 아르곤(Ar)을 채운 다음, 상·하면전극(31)(35)으로 10 내지 30KHz의 고전압을 인가하여 플라즈마를 형성한다. 바람직하게는 출력 400~800W 및 처리시간 100~170초로 처리한다.

즉, 100초 미만으로 처리하는 경우에는 발수도가 높아지며, 170초를 초과하는 경우에는 열과 아르곤 가스로 인한 스퍼터 현상으로 원단(F)이 손상될 우려가 있다.

이어서 본 발명에 따른 코팅유닛(40)은 원단(F)의 표면으로 기능성 물질을 코팅하는 것으로, 도 1처럼 후처리 챔버(12)내에 이송되는 원단(F)으로 초음파 진동으로 미립화한 소정의 물질을 고압으로 분무하여 흡착시킨다. 이러한 코팅유닛(40)은 크게 저장탱크(41), 공기압축기(42), 미립자화유닛(43), 노즐(44)로 이루어진다.

먼저, 저장탱크(41)는 공기압축기(42)와 미립자화유닛(43)이 유기적으로 결합되고, 내부에는 기능성 물질(용액)이 저장된다. 그리고 공기압축기(42)는 저장탱크(41)의 외부에 설치되고, 저장탱크(41)의 내부로 압축 공기를 투입한다.

미립자화유닛(43)은 저장탱크(41)의 내부에 설치되고, 일부분이 물질에 잠긴다. 이러한 미립자화유닛(43)은 공기압축기(42)로부터 압축 공기를 공급받아, 내부에 구비된 진동판(미 도시)을 고속으로 진동시킴으로써, 물질을 저온 비등(미립자로 변환)시킨다.

여기서 진동판이 수면에서 진동할 때, 물질의 미립자화가 가장 잘 이루어지는데, 이를 위해 미립자화유닛(43)은 저장탱크(41)의 내부 벽면에 수직하게 구비된 레일(45)에 승하강 가능하게 설치되며, 수위에 따라 승하강을 유도하는 부력체(46)가 장착된다.

그리고 노즐(44)은 저장탱크(41)에서 미립화된 물질을 원단(F)의 표면과 이면으로 각각 분무한다. 이러한 노즐(44)은 원단(F)의 표면과 이면으로부터 30~50mm 이격되는 위치에 배치하고, 상호 간섭을 방지하도록 원단(F)의 길이방향으로 100~200mm 이격되는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

이때, 코팅유닛(40)의 하류단에 배치되는 이송롤러(11)의 하부에는 저장탱크(41)와 연결되는 회수통(47)이 구성된다. 즉, 원단(F)에 코팅되고 잔류하는 물질은 이송롤러(11)를 지나면서 회수통(47)으로 낙하되어 저장탱크(41)로 공급한다.

마지막으로 본 발명에 따른 배관부(50)는 본체부(10)와 연결되어 원단(F)이 처리되게 보조하는 것으로, 도 1처럼 전·후처리 챔버(11)(12)내에 가스를 주입·배출하는 가스관(51)과, 미 흡착으로 잔류하는 물질을 배출하는 배기관(55)으로 이루어진다.

가스관(51)은 전처리 챔버(11)에 연결되어 플라즈마 처리에 필요한 가스를 주입 및 배출하고, 배기관(55)은 후처리 챔버(12)에 연결되어 공기 중에 무화된 기체 상태의 물질을 외부로 배출한다.

여기서 배기관(55)에는 기체 상태의 물질을 액체 상태로 전환하는 열교환기(55a)를 구성한다. 즉, 후처리 챔버(12)로부터 배출되는 공기는 열교환기(55a)를 거치며 물질만을 잔류시켜 외부로 배출된다. 잔류된 물질은 필터를 거쳐 저장탱크(41)로 공급된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

F: 원단 10: 본체부
11: 전처리 챔버 12: 후처리 챔버
15: 격판 20: 이송부
21: 이송롤러 25: 가이드롤러
30: 방전유닛 31: 상면전극
35: 하면전극 40: 코팅유닛
41: 저장탱크 42: 공기압축기
43: 미립화유닛 44: 노즐
45: 레일 46: 부력체
47: 회수통 50: 배관부
51: 가스관 55: 배기관
55a: 열교환부

Claims

원단에 소정의 기능성 물질을 코팅시켜 기능이나 색상을 가지도록 처리하는 가공 장치에 있어서,
원단을 밀폐된 상태로 가공하는 한 쌍의 전·후처리 챔버와, 상기 챔버 사이에 연통된 공간을 분할시키는 격판을 구비하는 본체부;
상기 전·후처리 챔버 내에 원단을 공급·배출하는 이송롤러와, 원단의 장력을 조절시키는 가이드롤러를 구비하는 이송부;
상기 전처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 소정의 가스 분위기에서 플라즈마 처리하여 계면을 개질시키는 방전유닛;
상기 후처리 챔버 내에 이송되는 원단으로 초음파 진동으로 미립화한 상기 기능성 물질을 고압으로 분무하여 흡착시키는 코팅유닛; 및
상기 전·후처리 챔버 내에 가스를 주입·배출하는 가스관과, 미 흡착으로 잔류하는 상기 기능성 물질을 배출하는 배기관을 각각 구비하는 배관부;를 포함하며,
상기 코팅유닛은,
내부에 액상의 상기 기능성 물질이 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 외부에 설치되는 공기압축기와, 상기 저장탱크의 내부 벽면에 수직하게 구비된 레일에 승하강 가능하게 설치되어 공기압축기로부터 공급된 압축공기로 진동하는 미립자화유닛과, 상기 미립자화유닛에 설치되어 상기 저장탱크에 저장된 액상의 상기 기능성 물질 수위에 따라 미립자화유닛의 승하강을 유도하는 부력체와, 상기 원단의 표면과 이면으로부터 30~50mm 이격되고 상기 원단의 길이방향으로 100~200mm 이격되게 배치되어 미립화된 상기 기능성 물질을 원단의 표면으로 분무하는 노즐을 구비하고,
상기 코팅유닛의 하류단에 배치되는 이송롤러의 하부에는 상기 저장탱크와 연결되는 회수통을 구비하며,
상기 방전유닛은,
원단의 표면에 배치되는 상면전극과, 원단의 이면에 배치되는 하면전극으로 분할 구성되되,상기 상면전극과 하면전극은 원단으로부터 20~30mm 이격되고, 상기 원단의 길이방향으로 100~200mm 이격되게 배치되어, 순도 99% 이상의 아르곤(Ar), 순도 99% 이상의 질소, 또는 이들을 혼합한 가스 분위기에서 10 내지 30KHz의 전압을 인가하여 0~80℃로 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 저온 대기압 플라즈마를 이용한 기능성 원단 가공 장치.
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