KR102257444B1 - 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents

인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은, 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정; 상기 반응 공정을 거친 상기 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정; 및 상기 세척 공정을 거친 상기 섬유소재를 건조하는 건조 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Removing Impurity from Printed Textile Material}
아래의 본 발명의 실시예들은 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄된 섬유소재에서 잉크를 포함한 불순물을 제거하여 섬유소재를 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래에 들어 석유자원 고갈 및 자원 재활용을 위해 섬유소재를 재활용하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 여기서 섬유소재는 식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester) 또는 이들의 혼방 섬유소재를 의미한다. 옥외광고나 배너, 전시 등을 목적으로 인쇄 섬유를 이용하는 디지털 프린팅의 범위는 날이 갈수록 확장되고 있다. 특히 섬유소재를 기반으로 하는 대형 플루터의 지속적인 발전으로, 현재는 일반인도 어렵지 않게 인쇄된 섬유를 이용할 수 있을 정도로 인쇄된 섬유소재의 사용이 보편화되었다.
그러나 인쇄된 섬유소재 폐기물의 재활용률은 아직 높지 않다. 인쇄된 섬유소재 중 하나인 현수막의 경우, 환경부에 따르면 2018년 전국에서 발생한 9,220톤의 폐현수막 중 5,649톤(61.3%)은 소각 처리되고, 3,093톤(33.5%)만이 재활용되는 것으로 확인되고 있다.
사용된 섬유소재에 대해 직접적인 재사용이나 화학적인 재활용 등 여러 방법으로 재활용 방법이 제시되고 있다. 하지만 인쇄된 섬유는 특유의 프린팅 색상 때문에 아무 처리 없이 직접 재사용하기가 어려우며, 이를 사용한다고 해도 미관상 좋지 않은 경우가 많다. 또한, 섬유소재에 잉크가 잔재하는 상태라서 잉크 특유의 냄새 등이 남아 있을 수 있다. 잉크 외에도 면에는 왁스(wax)나 지방분, 폴리에스테르 섬유에는 PVA 바인더와 같은 추가적인 불순물이 남아 있을 수 있다. 따라서 더 다양한 방면으로 섬유를 재활용 및 재사용을 위해서는 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물의 제거 과정이 필요하다.
한국등록특허 10-1932350호는 이러한 섬유소재 불순물 제거 방법 및 장치에 관한 것으로, 면, 폴리에스테르 또는 이를 주성분으로 하는 섬유소재 불순물 제거 방법 및 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
일반적으로 정련 과정을 포함하여 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은 염기성 용액을 사용하는 반응 공정을 고온의 조건에서 운전한다. 종래기술에서는 염기성 용액을 사용하는 반응 공정을 60℃ 이상의 고온의 조건에서 운전한다. 그러나 고온 조건에서 반응 공정을 운전하게 될 경우, 잉크가 섬유소재에 재부착하여 섬유소재가 잉크의 색으로 착색이 되는 현상을 보인다. 이는 섬유소재의 재활용을 위해 섬유소재에 있는 불순물을 제거한다는 기존 취지에 부합하지 않는 결과라 할 수 있다.
한국등록특허 10-1932350호
실시예들은 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 반응 공정 때 염기성 용액을 저온으로 운전하는 것을 특징으로 하는 불순물 제거 공정을 이용하여 잉크를 포함한 불순물을 제거함으로써 섬유소재를 재활용하는 기술을 제공한다.
실시예들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 저온의 반응 공정을 포함하는 불순물 제거 공정을 통해 인쇄된 섬유소재로부터 잉크 및 기타 불순물을 제거함으로써, 잉크의 재부착으로 인한 섬유소재의 착색 없이 간단한 방법으로도 잉크를 포함한 불순물을 제거할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 불순물을 제거하는 장치를 이용한 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은, 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정; 상기 반응 공정을 거친 상기 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정; 및 상기 세척 공정을 거친 상기 섬유소재를 건조하는 건조 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 반응 공정은, 상기 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 상기 염기성 용액에 인쇄된 상기 섬유소재 투입하는 단계; 투입된 상기 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계; 상기 반응 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 염기성 용액을 상기 반응 수조에서 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하는 단계; 및 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 염기성 용액을 탈수로 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 세척 공정은, 상기 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 상기 반응 수조로부터 분리된 상기 섬유소재를 투입하는 단계; 상기 세척 용액을 사용하여 상기 섬유소재로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계; 상기 세척 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 세척 용액을 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하는 단계; 및 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 세척 용액을 탈수로 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 건조 공정은, 최종 세척된 상기 섬유소재를 건조기로 이송시켜 건조시킬 수 있다.
상기 섬유소재는, 식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유일 수 있다.
상기 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은, pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만일 수 있다.
상기 반응 공정은, 욕비(liquor ratio) 1:1 내지 100으로 맞추어 3분 내지 3일 동안 반응시킨 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수할 수 있다.
상기 세척 용액은, 계면활성제 농도가 0 내지 1%인 수용액일 수 있다.
상기 세척 공정은, 상기 섬유소재를 3분 내지 1시간동안 세척한 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수할 수 있다.
다른 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치는, 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정을 수행하는 반응부; 상기 반응 공정을 거친 상기 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정을 수행하는 세척부; 및 상기 세척 공정을 거친 상기 섬유소재를 건조하는 건조 공정을 수행하는 건조부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 반응부는, 상기 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 상기 염기성 용액에 인쇄된 상기 섬유소재 투입하고, 투입된 상기 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 상기 반응 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 염기성 용액을 상기 반응 수조에서 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하고, 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 염기성 용액을 탈수로 제거할 수 있다.
상기 세척부는, 상기 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 상기 반응 수조로부터 분리된 상기 섬유소재를 투입하고, 상기 세척 용액을 사용하여 상기 섬유소재로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 상기 세척 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 세척 용액을 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하고, 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 세척 용액을 탈수로 제거할 수 있다.
상기 섬유소재는, 식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유일 수 있다.
상기 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은, pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만일 수 있다.
상기 반응 공정은, 욕비(liquor ratio) 1:1 내지 100으로 맞추어 3분 내지 3일 동안 반응시킨 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수할 수 있다.
실시예들에 따르면 저온의 반응 공정을 포함하는 불순물 제거 공정을 통해 인쇄된 섬유소재로부터 잉크 및 기타 불순물을 제거함으로써, 잉크의 재부착으로 인한 섬유소재의 착색 없이 간단한 방법으로도 잉크를 포함한 불순물을 제거할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 육안으로 확인한 실시예 및 비교예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 실시예 및 비교예를 통한 불순물 제거 효과를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 실시예 및 비교예의 섬유소재를 높은 배율로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 본 발명의 실시예들은 인쇄된 섬유소재로부터 잉크를 포함한 불순물을 제거하고 제거된 잉크와 불순물의 재부착을 막아 깨끗한 섬유소재를 얻는 방법에 관한 것이다. 실시예들은 저온의 반응 공정을 포함하는 불순물 제거 공정을 통해 인쇄된 섬유소재로부터 잉크 및 기타 불순물을 제거하는 방법을 제공한다. 이 방법은 잉크의 재부착으로 인한 섬유소재의 착색 없이 간단한 방법으로도 잉크를 포함한 불순물을 제거할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치(100)는 반응부(110), 세척부(120) 및 건조부(130)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 인쇄된 섬유소재(10)로부터 잉크를 포함한 불순물을 제거하고 제거된 잉크와 불순물의 재부착을 막아 깨끗한 섬유소재(11)를 획득할 수 있다.
반응부(110)는 반응 공정을 수행하는 것으로, 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재(10)에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거할 수 있다. 여기서 섬유소재(10)는 식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유일 수 있다. 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은 pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만이며, 계면활성제 농도는 0 내지 1%인 용액일 수 있다.
보다 구체적으로, 반응부(110)는 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액에 인쇄된 섬유소재(10) 투입하고, 투입된 섬유소재(10)의 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 반응 공정에 의해 잉크를 포함한 불순물이 섞인 염기성 용액을 반응 수조에서 배수시켜 섬유소재(10)와 분리하고, 섬유소재(10)에 묻어 있는 염기성 용액을 탈수로 제거할 수 있다.
세척부(120)는 세척 공정을 수행하는 것으로, 반응 공정을 거친 섬유소재(10)를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척할 수 있다.
보다 구체적으로, 세척부(120)는 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 반응 수조로부터 분리된 섬유소재(10)를 투입하고, 세척 용액을 사용하여 섬유소재(10)로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 세척 공정에 의해 잉크를 포함한 불순물이 섞인 세척 용액을 배수시켜 섬유소재(10)와 분리하고, 섬유소재(10)에 묻어 있는 세척 용액을 탈수로 제거할 수 있다.
건조부(130)는 건조 공정을 수행하는 것으로, 세척 공정을 거친 섬유소재(11)를 건조할 수 있다.
보다 구체적으로, 건조부(130)는 최종 세척된 섬유소재(11)를 건조기로 이송시켜 건조시킬 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 불순물을 제거하는 장치를 이용한 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은, 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정(S110), 반응 공정을 거친 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정(S120), 및 세척 공정을 거친 섬유소재를 건조하는 건조 공정(S130)을 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들은 저온의 염기성 용액을 이용하여 반응을 통해 섬유소재의 표면에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 반응 공정을 거친 섬유소재를 세척 장치로 이동시켜 세척하며, 제거된 잉크와 불순물의 재부착을 막기 위해 염기성 용액을 저온으로 운전하는 것을 특징으로 한다.
실시예들은 비교적 간단한 반응 공정을 통해 잉크 및 불순물로부터 섬유소재를 손쉽게 분리할 수 있고, 염기성 용액을 사용하여 분리하기 때문에 독성이 매우 적으며 또한 물에 잘 용해되는 성질이 있어 손쉽게 세척이 가능하기 때문에 실제 생산 공정에 적용이 가능하다.
아래에서 일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법의 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은 도 1에서 설명한 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치(100)를 이용하여 수행될 수 있으며, 상술한 바와 같이, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치(100)는 반응부(110), 세척부(120) 및 건조부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
반응 공정(S110)에서, 반응부(110)는 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거할 수 있다.
여기서 섬유소재는 식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유일 수 있다. 반응 수조는 염기성 용액 및 섬유소재를 수용할 수 있는 수조로 이루어질 수 있으며, 반응 속도를 빠르게 하기 위해 반응 수조 내에 회전 장치를 구성하여 수조는 염기성 용액 및 섬유소재를 잘 섞어주거나 회전되는 드럼통 구조의 반응 수조를 이용하여 염기성 용액 및 섬유소재를 잘 섞어줄 수 있다.
이 때, 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은 pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만으로 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 반응 공정(S110)에서, 반응부(110)는 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액에 인쇄된 섬유소재 투입하는 단계, 투입된 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계, 반응 공정에 의해 잉크를 포함한 불순물이 섞인 염기성 용액을 반응 수조에서 배수시켜 섬유소재와 분리하는 단계, 및 섬유소재에 묻어 있는 염기성 용액을 탈수로 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
반응 공정(S110)은 섬유소재에 있는 불순물이 염기성 용액에 용해(반응)될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 섬유소재의 불순물은 용해를 통해 불순물이 섬유소재로부터 제거된다. 따라서 반응 공정(S110) 중 염기성 용액을 이용하여 투입된 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계는 투입된 섬유소재를 염기성 용액에 접촉하게 하는 것을 의미한다. 이 때 섬유소재를 단순히 염기성 용액에 담그기만 해도 불순물의 제거는 가능하며, 더 효율적인 불순물의 제거를 위해서 섬유소재를 담근 염기성 용액을 교반할 수 있다. 불순물 제거가 끝나면 불순물을 용해시킨 염기성 용액을 배수하고, 세척을 위해서 섬유소재로부터 염기성 용액을 제거하는 섬유소재의 탈수 과정을 거친다.
반응 공정(S110)은 욕비(liquor ratio) 1:1 내지 100으로 맞추어 3분 내지 3일 동안 반응시킨 후, 함수율이 30~80%가 되도록 탈수할 수 있다. 이 때, 탈수 장치를 이용하여 반응이 완료된 섬유 소재를 탈수시킬 수 있으며, 예컨대 드럼통 구조의 반응 수조의 경우 드럼통을 회전시켜 탈수시킬 수 있다. 또한 반응 수조에서 건조 장치로 섬유소재를 이동시킨 후 탈수시킬 수도 있다.
세척 공정(S120)에서, 세척부(120)는 반응 공정을 거친 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척할 수 있다.
보다 구체적으로, 세척 공정(S120)에서, 세척부(120)는 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 반응 수조로부터 분리된 섬유소재를 투입하는 단계, 세척 용액을 사용하여 섬유소재로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계, 세척 공정에 의해 잉크를 포함한 불순물이 섞인 세척 용액을 배수시켜 섬유소재와 분리하는 단계, 및 섬유소재에 묻어 있는 세척 용액을 탈수로 제거하는 단계를 포함하여 수행할 수 있다.
세척 공정(S120)은 반응 공정(S110)을 거친 섬유소재를 세척 용액으로 세척하는 공정으로, 세척 공정(S120) 중 세척 용액을 이용하여 반응 공정(S110)을 거친 섬유소재의 잔류 불순물을 제거하는 단계는 반응 공정(S110)을 거친 섬유소재가 세척용액에 접촉하게 하는 것을 의미한다. 여기서 세척 용액은 기본적으로 수용액을 사용한다. 섬유소재를 더 깨끗하게 하기 위해 계면활성제를 투입한 수용액을 세척 용액으로 사용할 수도 있다. 이 때 섬유소재를 단순히 수용액에 담그기만 해도 잔류 불순물의 제거는 가능하며, 더 효율적인 불순물의 제거를 위해서 섬유소재를 담근 수용액을 교반할 수도 있다. 세척이 끝나면 잔류 불순물을 포함한 수용액을 배수하고, 빠른 건조를 위해서 섬유소재로부터 물을 제거하는 탈수 과정을 거친다.
세척 공정(S120)은 섬유소재를 3분 내지 1시간동안 세척한 후, 함수율이 30~80%가 되도록 탈수할 수 있다. 이 때, 탈수 장치를 이용하여 세척이 완료된 섬유 소재를 탈수시킬 수 있으며, 예컨대 드럼통 구조의 세척 수조의 경우 드럼통을 회전시켜 탈수시킬 수 있다. 또한 세척 수조에서 건조 장치로 섬유소재를 이동시킨 후 탈수시킬 수도 있다. 여기서 세척 용액은 계면활성제 농도가 0 내지 1%인 수용액일 수 있다.
건조 공정(S130)에서, 건조부(130)는 세척 공정을 거친 섬유소재를 건조할 수 있다. 이 때, 건조부(130)는 최종 세척 및 탈수된 섬유소재를 건조기로 이송시켜 건조시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 건조 공정(S130)에서, 건조부(130)는 건조 공정을 통해 세척 공정으로부터 분리된 섬유소재를 건조기를 이용하여 건조하는 단계, 및 잉크를 포함한 불순물이 제거된 섬유소재를 건조기에서 꺼내는 단계를 포함하여 수행할 수 있다.
건조 공정(S130)은 세척 공정(S120)을 거친 섬유소재를 건조하는 공정이다. 건조 공정(S130)을 자연건조로 진행해도 문제가 없지만, 효율적인 건조를 위해 열에 강한 섬유소재라면 열풍을 이용하여 건조 공정(S130)을 운전할 수 있으며 열에 약한 섬유소재라면 냉풍을 이용하여 건조 공정(S130)을 운전할 수도 있다.
이에 따라 실시예들은 저온의 반응 공정을 포함하는 불순물 제거 공정을 통해 인쇄된 섬유소재로부터 잉크 및 기타 불순물을 제거함으로써 섬유의 재활용을 가능하게 한다. 특히, 실시예들은 60℃ 미만의 저온의 반응 공정을 통해 잉크 및 불순물을 제거하여 잉크의 재부착 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예와 비교예에서는 회분식 교반 장치를 사용하여 실리카가 코팅된 polyethylene terephthalate(PET) 섬유소재(예컨대, 현수막)의 표면 불순물들을 제거하기 위한 실험을 진행하였다. 본 발명의 실시예에서는 반응 공정 때 5% NaOH 용액을 15℃로 운전하였다. 비교예에서는 염기성 용액을 실시예처럼 저온으로 운전할 때 잉크가 섬유소재에 재부착하지 않음을 강조하기 위해서 종래기술(한국등록특허 10-1932350호)가 제시한 방법과 동일하게 5% NaOH 용액을 85℃로 운전하였다.
실시예
500 ml 규모의 유리반응기 안에 15℃의 5% NaOH 용액 200ml, 실리카가 코팅된 PET 섬유소재(현수막) 25g을 투입한 후, 반응 공정을 통해 온도 15℃를 유지하면서 200rpm의 속도로 8시간동안 교반한다. 교반한 후 PET 섬유를 NaOH 용액으로부터 꺼낸 뒤, 이를 물로 세척하여 섬유소재에 남아 있는 잔류 불순물을 제거한다. 이후 PET 섬유는 상온에 두어 표면에 묻어 있는 물을 증발시킨다.
비교예
500 ml 규모의 유리반응기 안에 85℃의 5% NaOH 용액 200ml, 실리카가 코팅된 PET 섬유소재(현수막) 25g을 투입한 후, 반응 공정을 통해 온도 85℃를 유지하면서 200rpm의 속도로 40분동안 교반한다. 교반한 후 PET 섬유소재를 NaOH 용액으로부터 꺼낸 뒤, 이를 물로 세척하여 섬유소재에 남아 있는 잔류 불순물을 제거한다. 이후 PET 섬유소재는 상온에 두어 표면에 묻어 있는 물을 증발시킨다.
도 3은 일 실시예에 따른 육안으로 확인한 실시예 및 비교예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 실험 결과를 육안으로 확인하기 위해 상업적으로 사용된 PET 섬유소재 원본(a)과 이를 처리한 실시예(b)와 비교예(c)의 사진을 나타낸다. 실시예의 경우, 색깔이 제거되어 섬유소재가 흰색이 되는 것을 확인하였다. 비교예의 경우, PET 섬유소재에 도포되어 있던 잉크가 재부착되어 착색된 모습을 확인할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 실시예 및 비교예를 통한 불순물 제거 효과를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 불순물 처리 전의 섬유소재(a)와 실시예(b)와 비교예(c)를 통해 얻어낸 섬유소재의 전체적인 모습을 각각 나타내었다.
제안하는 기술을 보다 자세히 확인하기 위해서 주사전자현미경(Scanning electron microscope)을 이용하였다. 아무 처리도 하지 않은 PET 섬유소재와 실시예와 비교예를 통해 처리한 PET 섬유소재를 관찰하였다.
불순물 처리 전, 실리카로 덮여있던 섬유소재는 실시예와 비교예를 통하여 실리카가 제거된 깨끗한 섬유소재가 됨을 확인할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 실시예 및 비교예의 섬유소재를 높은 배율로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 잉크 재부착 방지 효과를 설명하기 위해 실시예(a)와 비교예(b)의 섬유소재를 높은 배율로 나타낸 모습이다. 그 결과, 실시예에서는 섬유소재가 깨끗한 상태를 확인할 수 있으나, 비교예에서는 약 70nm 정도 크기의 수많은 잉크 입자가 PET 섬유소재에 붙어있음을 확인할 수 있다.
따라서 저온의 공정에서는 잉크의 재부착이 일어나지 않고, 고온의 공정에서는 잉크의 재부착이 일어남을 확인할 수 있다.
표 1은 실시예 및 비교예를 통한 백색도 개선 효과를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112020124207675-pat00001
표 1을 참조하면, 불순물 처리 전 PET 섬유소재와 실시예 및 비교예의 백색도를 나타낸다. 실시예와 비교예를 통하여 섬유소재의 백색도가 개선되었음을 확인할 수 있으며, 실시예가 비교예보다 백색도가 더 많이 개선되었음을 확인할 수 있다.
기존의 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은 초기 반응 공정에서 염기성 용액을 고온의 조건으로 운전하기 때문에 섬유소재에 잉크 입자가 재부착되면서 착색이 진행된다는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 섬유소재의 잉크의 재부착으로 인한 착색을 방지하기 위해서 반응 공정에서 염기성 용액을 저온으로 운전할 수 있다. 저온의 반응 공정을 포함하는 잉크를 포함한 불순물 제거 공정을 활용한 결과, 섬유소재의 추가적인 착색 없이 인쇄된 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 효과가 있음을 확인하였다. 이는 재활용이나 원료화 산업 분야에 적용하여 섬유소재를 효과적으로 재활용하도록 도움을 줄 수 있음을 시사한다.
실시예들에 따른 불순물 제거 방법은 옥외광고용, 배너용, 전시용 등으로 사용된 후 폐기되는 인쇄된 섬유소재를 대상으로 한다. 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법은 인쇄된 섬유소재의 불순물을 제거하는 반응 공정, 섬유소재의 잔류 불순물을 제거하기 위해 섬유소재를 세척하는 세척 공정, 불순물이 제거된 섬유를 건조하는 건조 공정을 포함할 수 있다.
이 때, 초기 반응 공정에서 염기성 용액을 활용하되, 이를 저온의 공정에서 운전하는 것을 특징으로 한다. 염기성 용액을 이용한 반응 공정을 저온으로 운전하는 이유는 섬유소재로부터 제거된 잉크가 섬유소재에 재부착하는 것을 막기 위함이다. 그 결과, 섬유소재에 있던 잉크를 포함한 불순물이 섬유소재로 재부착하지 않고 섬유소재로부터 제거된다.
이상과 같이, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법을 통해 얻어낸 섬유소재는 잉크를 포함한 불순물이 재부착하지 않아 착색되지 않은 섬유소재라는 특징이 있다. 즉, 회수된 섬유소재는 재부착된 잉크가 없어 얼룩덜룩하지 않은 좋은 미관을 가지며 특유의 잉크 냄새가 나지 않게 된다. 이 공정을 통해 회수된 섬유소재는 합성섬유 원사, 제직사, 의류, 부직포, 스테이플 파이버 등의 섬유가공업체를 통해 순도 높은 섬유소재로 재사용 할 수 있다. 또한, 화학적 재활용을 추구하는 원료화 업체를 이용한다면, 기존 섬유의 형태를 탈피하여 새로운 형태의 제품 제작을 위한 원료로 활용할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 불순물을 제거하는 장치를 이용한 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법에 있어서,
    반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정;
    상기 반응 공정을 거친 상기 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정; 및
    상기 세척 공정을 거친 상기 섬유소재를 건조하는 건조 공정
    을 포함하고,
    상기 섬유소재는,
    식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유이고,
    상기 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은,
    pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만으로 설정되어, 상기 반응 공정에서 60℃ 미만의 저온의 조건으로 운전하여 상기 섬유소재에 분리된 잉크가 재부착되지 않음에 따라 착색되지 않는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 공정은,
    상기 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 상기 염기성 용액에 인쇄된 상기 섬유소재를 투입하는 단계;
    투입된 상기 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계;
    상기 반응 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 염기성 용액을 상기 반응 수조에서 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하는 단계; 및
    상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 염기성 용액을 탈수로 제거하는 단계
    를 포함하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세척 공정은,
    상기 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 상기 반응 수조로부터 분리된 상기 섬유소재를 투입하는 단계;
    상기 세척 용액을 사용하여 상기 섬유소재로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 단계;
    상기 세척 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 세척 용액을 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하는 단계; 및
    상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 세척 용액을 탈수로 제거하는 단계
    를 포함하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조 공정은,
    최종 세척된 상기 섬유소재를 건조기로 이송시켜 건조시키는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 공정은,
    욕비(liquor ratio) 1:1 내지 100으로 맞추어 3분 내지 3일 동안 반응시킨 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수하는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세척 용액은,
    계면활성제 농도가 0 내지 1%인 수용액인 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세척 공정은,
    상기 섬유소재를 3분 내지 1시간동안 세척한 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수하는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 방법.
  10. 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 염기성 용액을 사용하여 섬유소재에 있는 잉크를 포함한 불순물을 제거하는 반응 공정을 수행하는 반응부;
    상기 반응 공정을 거친 상기 섬유소재를 세척 수조로 이동시켜 세척 용액을 사용하여 세척하는 세척 공정을 수행하는 세척부; 및
    상기 세척 공정을 거친 상기 섬유소재를 건조하는 건조 공정을 수행하는 건조부
    를 포함하고,
    상기 섬유소재는,
    식물성 섬유 또는 폴리에스테르(polyester)로 이루어지거나 식물성 섬유 또는 폴리에스테르를 포함하는 섬유이고,
    상기 기설정된 온도 미만의 염기성 용액은,
    pH 8 이상이고, 온도는 60℃ 미만으로 설정되어, 상기 반응 공정에서 60℃ 미만의 저온의 조건으로 운전하여 상기 섬유소재에 분리된 잉크가 재부착되지 않음에 따라 착색되지 않는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응부는,
    상기 반응 수조 내의 기설정된 온도 미만의 상기 염기성 용액에 인쇄된 상기 섬유소재를 투입하고, 투입된 상기 섬유소재의 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 상기 반응 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 염기성 용액을 상기 반응 수조에서 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하고, 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 염기성 용액을 탈수로 제거하는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 세척부는,
    상기 세척 수조 내의 계면활성제를 포함한 세척 용액에 상기 반응 수조로부터 분리된 상기 섬유소재를 투입하고, 상기 세척 용액을 사용하여 상기 섬유소재로부터 남아있는 잉크를 포함한 불순물을 제거한 후, 상기 세척 공정에 의해 상기 잉크를 포함한 불순물이 섞인 상기 세척 용액을 배수시켜 상기 섬유소재와 분리하고, 상기 섬유소재에 묻어 있는 상기 세척 용액을 탈수로 제거하는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 반응 공정은,
    욕비(liquor ratio) 1:1 내지 100으로 맞추어 3분 내지 3일 동안 반응시킨 후, 함수율이 30 내지 80%가 되도록 탈수하는 것
    을 특징으로 하는, 인쇄된 섬유소재로부터 불순물을 제거하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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