KR200185912Y1 - 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 염색기의 염액조와 염액 측정부가 순환 파이프로 접속되고, 염색기의 염액조에 담겨진 염액이 염색기의 염액조와 염액 측정부 사이를 강제 순환되도록 순환 파이프에 순환펌프가 설치된 염액 샘플링부와, 순환 파이프를 통해 강제 순환되는 염액에 빛을 투과하여 염액에 포함된 혼합염료의 스펙트럼을 측정하고, 혼합염료의 스펙트럼을 중앙처리 및 제어부에 전송하는 염액 측정부와, 염액 측정부로부터 전송되는 혼합염료의 스펙트럼을 각 염료별 스펙트럼으로 분해하여 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도및 총 염액의 농도 및 흡진율을 연산하고, 그 결과를 표시부로 전송하는 중앙처리 및 제어부 및 중앙처리 및 제어부로부터 전송된 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도와 총 염액의 농도 및 흡진율

Description

염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치{The configuration of real time dyeing measuring apparatus}

본 고안은 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피염물을 혼합염료로 염색중인 염액조의 염액을 소정시간마다 분석하여 흡진율, 즉 각 염료의 염착상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치에 관한 것이다.

즉, 본 고안은 염액의 스펙트럼을 측정하는 염액 측정부와 이를 기초로 농도와 흡진율을 구하는 알고리즘을 개선하여 염액을 구성하는 염료의 수에 관계없이 각 염료의 농도와 흡진율을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치에 관한 것이다.

다시 말하면, 본 고안은 피염물을 혼합염료로 염색중인 염액조의 염액을 소정시간마다 분석하여 각 염료의 염착상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치를 개발함을 목적으로 한다. 이로써 온도, 승온속도, 등의 염색조건과 염색조제가 각 염료의 염색거동에 미치는 영향을 측정하여 실시간 염료의 염착거동 분석과 이를 기초로 하는 최적 염색조건을 설정이 가능한 것이다.

염색공장에서의 보편적인 불량 원인들은 기계별 염색차이, 조건변화에 의한 염색차이, 염료의 로트(lot) 차이에 의한 염색차이 등의 로트차이에 따른 색차와 불균염인데 이러한 문제들은 염색이 어느 정도 완료되면 샘플링(sampling)을 하여 색상을 비교하고 색차 판정을 한 후 염색기에 추가할 염료의 양을 결정한 후에 다시 추가 염색을 실시하게 되고 재염 단계로 보내어진다. 그러나 염색직물이 색차나 불균염이 심할 때는 블랙(black) 재염으로 전용해야 한다.

특히, 염색공업은 장치산업임에도 불구하고 염색의 색차 수정과 염색사고를 해결하는데 있어서는 기능자의 노하우에 의존하는 경우가 많다. 그 실 예로서 반응성 염료를 사용하여 면직물을 염색하는 경우 색차 수정에 드는 비용은 염료 1회 추가할 때 20%의 제조비용의 상승과 22%의 공정시간이 연장되고, 불균염일 경우 각각 100%의 제조비용 상승과 공정시간이 연장되는 것을 알 수 있다. 경험에 의한 염료 추가 투입은 기계가동의 비생산 시간으로 염색의 제조 원가상승과 생산성 향상을 저해하는 요인이 된다.

이러한 염색에서의 로트간 색차와 불균염 문제를 해결하기 위해서는 상용성있는 염료의 혼합사용, 초기 염착속도의 저하를 위한 염색온도, 승온속도, 조제의 사용 등을 엄격하게 관리하여야 하나, 상기의 여러 조건의 변화에 대한 염착거동의 변화를 쉽게 측정할 수 있는 방법이 보급되고 있지 않다. 상기 문제의 해결을 위해 여러 염색조건 변화에 대한 흡진율의 변화를 단일 염료별로 시간별로 염액을 샘플링하여 측정하는 방법이 일반적으로 쓰이나, 일반적으로 염색은 2가지 이상의 혼합염료로 하므로 단일 염료별로 상기의 측정방법은 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 염료 개별의 측정은 실제 혼합시에는 그 거동이 단독일 경우와 다르게 될 때가 많다.

혼합염료의 흡진율 분석을 위하여 분광광도계의 플로우 셀을 이용하여 염액을 샘플링하고, 혼합염료 용액 전체의 스펙트럼변화로부터 염료의 평균적인 흡진율을 측정하거나, 3원색의 필터를 이용하여 염액 스펙트럼의 3파장(황, 적, 청)에서 염료용액의 흡광도 변화로부터 3파장의 흡진율 변화를 나타내는 방법이 개발되어 있으나, 이러한 것들은 모두 염액을 구성하는 다수의 염료별 농도변화를 정확히 산출하지 못하므로 피염물을 염색을 하는 동안 정확한 혼합염료의 흡진율, 즉 염료의 염착상태를 실시간으로 모니터링 할 수 없어 염색이 이루어지는 동안에는 염료의 염색 상태를 확인할 수 없다는 결점이 있다.

상기한 바와 같은 결점을 해결하기 위해서 제안된 본 고안의 목적은 최초의 염액으로부터 변화하는 혼합염료 염액의 농도, 흡진율의 변화를 실시간 모니터링을 통해 지속적으로 측정할 수 있도록 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치를 제공하는 데 있다.

즉, 본 고안의 목적은 염액의 스펙트럼을 실시간으로 측정하는 염액 측정부와 이를 기초로 혼합염료 염액에서 각각의 염료농도와 흡진율을 구하는 알고리즘을 개선하여 염액을 구성하는 염료의 수에 관계없이 일정한 시간별로 정확한 염료별 농도와 흡진율을 측정하고 염료, 염색조건의 변화, 염색조제의 변화 등이 염색거동에 미치는 영향을 분석하여 최적염색조건을 설정할 수 있게 함으로써 색상차이를 줄이고 불균염을 막아 색수정과 재염으로 인한 제조원가의 상승을 막고, 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치 중에서 플로우 셀을 이용하여 염액을 측정하는 타입을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도2는 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치 중에서 딥 프루버를 이용하여 염액을 측정하는 타입을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도3은 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치의 동작상태를 나타내는 순서도이다.

도4는 본 고안에서 측정되는 3가지 혼합염료의 파장(λ)-흡광도(A)의 스펙트럼을 3가지 염료의 개별 스펙트럼으로 분리하여 각각의 염료농도를 산출하는 윈리를 나타내는 그래프이다.

도5는 본 고안에서 실시간으로 측정되어 디스플레이 되는 흡진율의 변화상태를 나타내는 그래프이다.

도6은 도4의 혼합염료 실제농도와 본 고안에 의해 측정, 계산된 염료농도의 차이를 나타내는 도표이다.

도7은 본 고안을 이용하여 반응염료로 면직물을 염색할 때, 중성염 농도에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다.

도8은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때, 산성염료에서 첨가제의 종류에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다.

도9는 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때, 산성염료가 균염제 사용 유무에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다.

도10은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때, 염색 초기온도에 따른 흡진율곡선의 변화상태를 나타내는 그래프이다.

도11은 본 고안에서 염료의 흡진율곡선의 분석 예를 흡진속도와 흡진율로 나타내는 그래프이다.

도12a, b, c, d는 본 고안을 이용하여 반응염료로 면직물을 염색할 때, 조건에 따른 반응염료의 상용성 변화를 나타내는 그래프이다.

도13은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때, 침투균염제 사용에 따른 산성염료의 상용성 변화를 나타내는 그래프이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 염색기 2 : 염액조

3 : 염색기 컨트롤러 4 : 순환펌프

5 : 플로우 셀을 내장하는 염액 측정부

6 : 중앙처리 및 제어부 7 : 표시부

8 : 광섬유 9 : 딥 프루버

10 : 딥 프루버가 광섬유로 연결된 염액 측정부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치는, 염색기의 염액조와 염액 측정부가 순환 파이프로 접속되고, 상기 염색기의 염액조에 담겨진 염액이 상기 염색기의 염액조와 염액 측정부 사이를 강제 순환되도록 상기 순환 파이프에 순환펌프가 설치된 염액 샘플링부와, 상기 순환 파이프를 통해 강제 순환되는 염액에 빛을 투과하여 염액에 포함된 혼합염료의 스펙트럼을 측정하고, 상기 혼합염료의 스펙트럼을 중앙처리 및 제어부에 전송하는 염액 측정부와, 상기 염액 측정부로부터 전송되는 혼합염료의 스펙트럼을 각 염료별 스펙트럼으로 분해하여 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도및 총 염액의 농도 및 흡진율을 연산하고, 그 결과를 표시부로 전송하는 중앙처리 및 제어부 및 상기 중앙처리 및 제어부로부터 전송된 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도와 총 염액의 농도 및 흡진율에 대한 측정값을 디스플레이하게 되는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 염액 측정부에는 투과거리가 가변적인 플로우 셀 및 딥 프로버가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 염액 측정부 및 상기 염액 측정부의 딥 프로버는 원격 측정이 가능하도록 광섬유로 연결되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 구성된 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치는, 염색기로부터샘플링하여 초기스펙트럼을 측정하는 단계; 상기 초기염액의 스펙트럼을 분해하여 개별염료의 스펙트럼을 구하는 단계; 상기 개별 염료의 스펙트럼으로부터 각 성분염료의 초기 농도를 계산하는 단계; 염색기로부터 염색중인 염액을 실시간으로 샘플링 하여 임의의 시간(t)에서의 스펙트럼을 측정하는 단계; 상기 염액의 스펙트럼을 분해하여 임의의 시간에서의 개별 염료의 스펙트럼을 구하고 이로부터 각 성분염료의 농도를 계산하는 단계; 및 상기 초기 농도와 임의의 시간에서 농도에 의해 임의의 시간에서의 흡진율을 연산하는 단계를 수행한다.

여기서,이다.

본 고안의 다른 실시예는 상기 초기(t=0) 및 임의의 시간에서의 개별염료 및 총 염액의 농도나 흡진율을 문자나 그래프, 기호, 도형 중 하나 이상으로 디스플레이 하는 단계를 더 구비하여 구성할 수 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 실시 예는 다수개의 염료, 액비, 조제의 첨가량, 온도 중 하나 이상의 변화에 따른 흡진율을 실시간으로 구하는 단계; 상기 다수개의 염료, 액비, 조제의 첨가량, 온도 중 하나의 변화량과 흡진율과의 관계를 디스플레이 하는 단계를 더 구비하여 구성할 수도 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 일 실시 예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치 중에서 플로우 셀을 이용하여 염액을 샘플링 하는 블록 구성도로서 염색을 수행하기 위한 염액이 채워져 있는 염액조(2)를 구비한 염색기(1)에는 염액조(2)에 투입된 여러 종류의 염료로 구성된 염액을 교반하기 위한 교반장치와 소정의 온도로 가열하거나 소정의 승온속도로 가열하는 히터 및 염색에 영향을 미치는 다수 개의 염료, 액비, 조제의 첨가량, 온도 등의 각종 제어인자를 조절하기 위한 염색기 컨트롤러(3)가 갖추어져 있다.

그리고 염색기(1)의 염액조(2)에 연결된 순환 파이프에는 염액을 강제 순환시키기 위한 순환펌프(4)가 설치되어 있으며 이 순환 파이프의 끝부분에는 염액조(2)의 염액을 공급받아 염액 스펙트럼을 측정하기 위한 플로우 셀이 염액 측정부(5)에 접속되어 있으며 이 염액 측정부(5)는 염액조(2)로부터 공급받는 염액의 스펙트럼을 측정하여 중앙처리 및 제어부(6)에 전송할 수 있도록 연결되어 있다.

이렇게 염액 측정부(5)로부터 염액의 스펙트럼을 전송 받은 중앙처리 및 제어부(6)에는 염액 스펙트럼을 각 염료별 스펙트럼으로 분해하고, 이를 기초로 각 염료별 및 총 염액의 농도를 구한 후 이로부터 흡진율을 실시간으로 구할 수 있도록 알고리즘이 내장되어 있을 뿐만 아니라 염액의 농도와 흡진율 등을 표시부(7)로 디스플레이 할 수 있도록 구성되어 있다. 물론, 중앙처리 및 제어부(6)는 각 염료별, 조제의 첨가량, 온도, 액비 등의 변화량에 따른 흡진율 등을 연산하여 표시부(7)로 출력 할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 중앙처리 및 제어부(6)는 효율적인 염색과 염액의 농도와 흡진율 등을 분석할 수 있도록 염색기 컨트롤러(3), 및 순환펌프(4)의 구동을 제어하는 역할도 동시에 수행하도록 구성되어 있다. 특히 염액 샘플링부는 염액의 광투과거리를 가변적으로 조절하여 넓은 범위의 염액농도에 대해 본 장치를 활용할 수 있게 구성된다.

도2는 본 고안에 따른 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치 중에서 딥 프루버를 이용하여 염액을 샘플링 하는 타입을 개략적으로 나타내는 구성도로서 기본적인 구성은 상기한 바와 같이 도1에서 설명을 하였고 도2에서는 염색기(1)의 염액조(2)에 직접 투입되는 딥 프루버(9)는 광섬유(8)로 연결이 되어 있으며 광섬유(8)의 다른 끝부분에는 염액조(2)의 염액 스펙트럼을 측정하기 위한 염액 측정부(10)가 접속되어 있다. 이 염액 측정부(10)는 염액조(2)에서 딥 프루버(9)에서 얻어진 염액의 스펙트럼을 광섬유(8)를 통해 전달 받아 중앙처리 및 제어부(6)에 전송할 수 있도록 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 흡진율 측정의 동작 순서를 설명한다.

염색기(1)가 혼합염료에 의해 염색을 수행하는 중에 도1에서와 같이 순환펌프(4)를 통해 염색기(1)의 염액조(2)로부터 염액의 농도와 흡진율을 실시간으로 측정하기 위한 염액을 샘플링 하여 순환 파이프를 통해 염액 측정부(5)로 보내진다.

여기서, 염색시의 염액의 농도가 다양함을 고려하여 투과거리가 가변적인 플로우 셀을 내장할 수 있게 염액 측정부(5)를 구성한다. 물론 이전에 염액 측정부(5)에 전송되었던 염액은 순환 파이프를 통해 다시 염액조(2)로 피이드백 되어진다. 또한 도2에서와 같이 딥 프루버를 사용하는 경우에도 염색시의 염료농도가 다양함을 고려하여 투과 거리가 가변적인 딥 프루브(9)를 사용한다.

염액의 스펙트럼을 얻는 방법은 도1에서는 염액 측정부(5) 내에서 플로우 셀에 샘플링된 염액에 빛을 직접 투과하여 염액의 투과률 또는 흡광도를 측정하고, 도2에서는 광섬유를 통하여 보낸 빛을 딥 프루버를 통과한 빛을 다시 광섬유를 통해 염액 측정부(10)로 보내어 염액의 투과률 또는 흡광도를 측정한다.

이 염액 측정부(5)는 염액의 스펙트럼 측정을 위한 커맨드(command)가 분석 알고리즘 내에서 편집이 가능한 타임-베이스드 스캐닝(time-based scanning) 기능을 통해 일정시간 간격으로 염액의 스펙트럼을 측정할 수 있는 자외-가시 분광광도계(UV/Visible Specrophotometer)를 사용한다.

이들 염액 측정부로부터 전달받는 신호를 중앙 처리 및 제어부(6)를 통해 염액의 스펙트럼을 측정하게 된다.

이렇게 염액의 스펙트럼을 측정하고 이로부터 염액의 농도와 흡진율을 구하는 과정을 도3에 의해 설명한다.

먼저, 염액 측정부(5)로부터 샘플링 하여 초기스펙트럼을 측정하고 상기 초기염액의 스펙트럼을 분해하여 개별염료의 스펙트럼을 구하고 개별 염료의 스펙트럼으로부터 각 성분염료의 초기 농도를 계산한다. 염색기(1)로부터 염색중인 염액을 실시간으로 샘플링 하여 임의의 시간(t)에서의 스펙트럼을 측정하고 측정된 염액의 스펙트럼을 분해하여 임의의 시간에서의 개별 염료의 스펙트럼을 구하고 이로부터 각 성분염료의 농도및 상기 초기 농도와 임의의 시간에서의 농도에 의해 임의의 시간에서의 흡진율을 연산하고 이를 표시부(7)에 디스플레이 하는 것이다.

본 고안에서 혼합염료의 염료별 흡진율을 구하는 원리는 다음과 같다. 일반적으로 염료가 단독염료인 경우 단독염료 용액의 농도는 염액의 흡광도(A)를 측정함으로써 알 수 있는 데, 흡광도(A)와 염료농도(C) 간에는 아래의 수학식1과 같은 비어(Beer)의 법칙이 성립된다.

여기서, A는 흡광도, C는 염료농도는 염료농도,는 염료의 분자흡광계수,은 측정액의 투과길이이다.

위의 수학식1에 의해서는 염료별로 ε 또는이 미리 측정되어져 있으면 염액 측정부(5)에 의한 흡광도(A)의 측정으로 바로 염료농도(C)가 산출 가능하다. 혼합염료에 대해서는 염료 흡광도의 가성성을 고려하면 아래의 수학식2과 같이 되고 수학식2는 혼합염료의 흡광도가 여러 농도(C₁, C₂, C₃, ····)에 대해 선형이므로 여러 파장(λ)에 대한 혼합염료의 흡광도를 측정함으로써 각 염료의 농도를 수학식2와 같이 연산할 수 있다. 수학식2는 예로서 3가지 염료를 사용한 경우, 수학식3과 같이 표현된다.

단,

단, k_ij는 i염료의 j파장에서의 k값

그러나 위의 수학식2에 의해 혼합염료의 각 염료별 농도를 연산하는 방법은 대부분의 실용염료 농도범위가 비어(Beer)의 법칙을 벗어나는 고농도의 범위이고, 계산을 위해 선택해야 하는 파장에 따라 계산의 결과가 크게 달라질 수 있으므로 본 고안에 적용하기에는 적절하지 못하다.

염료의 농도가 진한 경우에는 이에 대한 보정으로 여러 방법이 제시되고 있으나, 가장 실용적인 보정방법으로 흡광도(A)와 농도(C)와의 관계를 아래의 수학식4와 같이 가정을 하였다.

수학식4의 양변에 대수를 취하면와가 비례하는 것으로 고 농도의 염액에 있어서는 비교적 잘 적용이 되나, 저 농도의 경우에는 흡광도(A)와 농도(C)가 직선관계에 있으므로 다소 오차가 발생된다. 위의 수학식4의 이용에서 가장 어려운 점은 혼합염료의 경우 수학식2와 같이 흡광도(A)와 농도(C₁, C₂, C₃, ····)와의 관계가 선형이 아니므로 이 관계를 이용하는 혼합염료에서 각 염료농도의 분석에는 어려움이 많을 뿐 아니라, 흡수대가 유사한 염료의 혼합일 경우에는 정확한 농도의 산출이 불가능할 경우가 많다.

혼합염료의 스펙트럼은 염료간에 상호작용이 없는 경우에는 염료별로 각 농도에 해당하는 스펙트럼의 합으로 주어진다. 따라서 측정되는 혼합염료의 스펙트럼을 각 성분염료의 스펙트럼으로 분리한 후 개별 스펙트럼의 농도를 산출하면 위에서 언급한 문제를 해결할 수 있어서 혼합염료의 종류나 갯수에 관계없이 정확한 농도의 산출이 가능하다.

이를 적용한 본 고안에서는 염액 측정부(5)에 의해 측정(S21)되는 초기(t)의 염액 스펙트럼을 중앙처리 및 제어부(6)에 공급하면 중앙처리 및 제어부(6)는 n개 염료의 개별 스펙트럼을 아래의 수학식5에 의해 구한다(S22).

위의 수학식5에서 [k_1,λ, k_2,λ, k_3,λ,···· k_n,λ]를 성분염료의 계수값으로 두면 각 성분염료의 농도는 아래의 수학식6으로 계산된다.

수학식6에서 성분염료의 농도을 계산하기 위해서는 성분 염료의 계수 값을 미리 측정해 두어야 한다. 성분염료의 계수값은 염료가 저 농도일 경우에는 흡광도(A)와 농도(C)의 직선 관계식으로부터 쉽게 구할 수 있으나, 고 농도일 경우에는 비어(Beer)의 법칙으로부터 벗어나므로 수학식4를 수학식5에 대입하여 수치해석법으로 농도(C)를 구할 수 있으므로 중앙처리 및 제어수단(6)은 수학식6에 의해 초기염액의 농도를 구한다(S23)

이어서, 염액 측정부(5)에 의해 측정(S24)되는 임의의 시간(t)에서의 염액 스펙트럼이 중앙처리 및 제어부(6)에 공급되면, 중앙처리 및 제어부(6)는 위에서와 같이 n개 염료의 개별 스펙트럼을 위의 수학식5에 적용하여 구한(S25) 후 이를 위의 수학식6에 적용하여 각 성분 염료의 임의의 시간에서의 염액의 농도를 계산한다(S26).

그리고 나서, 중앙처리 및 제어부(6)는 초기염액의 농도와 임의의 시간에서의 염액의 농도를 아래의 수학식7에 적용하여 각 염료별 및 총 염액의 흡진율()을 구한다.

여기서,는 염료의 초기 농도이다.

도4는 본 고안에서 초기 농도 0.5g/l인 3가지 반응염료의 혼합염료(청색, 적색, 황색)의 스펙트럼을 분리한 후 각 성분 염료의 농도를 측정하는 원리를 나타낸 것이다. 최종적으로 실시간으로 염액 측정부(5)에 의해 측정되는 스펙트럼을 입력받은 중앙처리 및 제어부(6)에 의해 연산되는 흡진곡선, 즉 시간경과에 따라서 각 염료의 흡진율은 표시부(7)에 도5 에서와 같이 디스플레이 된다.

도6은 본 고안에서 도4에서와 같이 측정시 실제 염료의 농도와 알고리즘에 의해 계산된 염료 농도 차이가 4%내에서 잘 일치하고 있음을 보이는 것이다.

상기한 바와 같이 염액 측정부(5) 및 중앙처리 및 제어부(6) 등을 구비한 본 고안으로부터 각 염료의 흡진거동과 염료의 상용성 및 염색조건이나 조제가 흡진거동과 상용성 등에 미치는 영향을 볼 수 있다.

각기 다른 색상의 염료, 액비, 조제의 첨가량, 온도 등의 염색조건에 따른 흡진율을 염액 측정부(5 및 10) 및 중앙처리 및 제어수단(6)에 의해 측정하여 반응염료의 상용성을 분석하는 구체적인 실 예를 표시부(7)에 디스플레이 되는 도7 내지 도13을 참조하여 설명한다.

도7은 본 고안을 이용하여 반응염료로 면직물을 염색할 때 중성염 농도에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다. 중성염 첨가량의 증가에 따라 청색반응염료의 흡진율이 증가함을 볼 수 있다.

도8은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때 첨가제의 종류에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다. 초기온도 20℃에서 균염제와 섬유를 넣고 10분 동안 교반 한 후 황색, 적색, 청색염료와 첨가제를 넣은 후 10분간 유지하고 1℃/분으로 95℃까지 승온을 한 후 95℃에서 60분간 염색을 하였다. 첨가제로 황산암모늄을 넣은 경우 황색, 청색염료에 비해서 적색염료의 초기흡진속도가 높게 나타났고 첨가제로 유안을 넣은 경우에는 적색염료의 초기흡진속도가 줄어들고 염료의 상용성이 좋아짐을 볼 수 있다.

도9는 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때 균염제 사용 유무에 따른 흡진율곡선의 변화를 나타내는 그래프이다. 초기온도 20℃에서 균염제와 섬유를 넣고 10분 동안 교반 한 경우가 균염제 없이 섬유만을 넣고 교반을 했을 때 보다 초기흡착속도가 현저히 저하되지만 흡진율은 100%에 이름을 알 수 있다. 그러므로 균염제를 첨가하지 않아도 균염에는 큰 문제가 없음을 알 수 있다.

도10은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때 염색 초기온도에 따른 흡진율곡선의 변화상태를 나타내는 그래프이다. 염색 초기온도를 20, 30, 40℃로 변화를 시키고 이 온도에서 각각 침투균염제와 섬유를 넣고 10분 동안 교반 한 후 황색, 적색, 청색염료와 첨가제를 넣은 후 10분간 유지하고 1℃/분으로 95℃까지 승온을 한 후 95℃에서 60분간 염색을 하였다. 초기온도가 20, 30, 40℃로 증가함에 따라서 초기흡진속도가 빨라지고 흡진율은 100%에 이름을 볼 수 있다.

섬유는 구조적으로 불균일하므로 흡진단계에서 염착속도가 빠르게 진행될 경우 초기 불균염이 일어나고 반응단계에서는 이것을 제어할 수 없기 때문에 초기 염착속도를 제어하는 것은 섬유와 염료간의 불균염을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 그러므로 초기 염착속도를 제어하게 되면 초기 흡착에 따른 불균염성뿐만 아니라 최종 염착량도 조절이 가능하게 된다.

초기 염착속도를 나타내는 방법은 염료의 확산속도와 염색속도 상수를 구하는 방법이 있는 데 확산속도의 경우 평형 염착량(무한 시간에서의 염료 흡착량)을 구해야 하므로 실제 응용이 어렵고 수학식8과 같은 빅커스타프(Vickerstaff)의 경험적 흡착식을 이용하는 것이 편리하다.

단, E_t는 시간(t)에서의 흡진율, E_∞는 평형 흡진율, K_d는 염색속도 상수이다.

위의 수학식8을 다시 쓰면, 아래의 수학식 9와 같이 되고, 1/E_t을 1/t에 대해 도시하면 직선의 절편과 기울기에 평형 흡진율(E_∞)과 염색속도 상수(K_d)가 얻어지므로 반응성 염료의 흡진율을 분석하는 데 유용하게 쓸 수 있다.

중성염 변화에 따라 평형 흡진율(E_∞)과 염색속도 상수(K_d)를 위의 수학식9에 의해 구한다.

도11은 본 고안에서 흡진율곡선의 분석 예를 염색속도상수와 평형흡진율로 나타내는 그래프이다. 중성염의 첨가량에 따른 청색염료의 평형 흡진율(E_∞)과 염색속도 상수(K_d)를 나타낸 것이다.

도12a, b, c, d는 본 고안을 이용하여 여러 조건에 따른 반응염료의 상용성 변화를 나타내는 그래프이다.

도12a는 액비에 따른 반응염료의 상용성을 나타내는 것으로 반응염료는 액비가 커짐에 따라 직접성이 감소한다. 이는 액비의 증가에 따라서 염료분자와 섬유표면 간의 단위시간당 흡착염료 분자수가 적어 접촉확률이 적어지기 때문이다. 황색, 적색, 청색염료를 각 1g/l씩 일정 비율로 혼합하고 액비를 10:1, 30:1, 50:1로 변화시킬 때 각 염료들의 흡진율거동의 변화를 나타낸 것이다. 액비가 증가함에 따라서 흡진율은 감소하고 있다. 이는 섬유표면의 염착좌석수가 제한되어 있고, 혼합염료의 농도가 동일해도 단독으로 염료를 사용할 경우에 비해서 염착속도가 떨어질 수 있고 염료간의 염착좌석에 대한 경쟁으로 더더욱 염착속도가 떨어지기 때문이다. 그러므로 혼합염료의 경우 낮은 액비에서 염색을 할수록 상용성이 좋을 것으로 여겨진다.

도12b는 황색, 적색, 청색염료를 각 1g/l씩 일정 비율로 혼합하고 액비 10:1일 때 중성염의 첨가량을 30, 50, 80g/l로 변화를 시킬 때 각 염료들의 중성염 농도에 대한 흡진율은 일정한 증가폭으로 증가하지만 초기흡착속도 중성염의 첨가량이 증가함에 따라 증가하다가 일정 농도부터는 큰 변화가 없었다. 염욕중에 존재하는 염료의 양이 섬유내 총 염착 좌석수보다 적은 경우에 흡진은 거의 완벽하게 일어나지만 섬유 내에 염료의 축적 속도는 섬유 내로의 확산 속도에 의해 결정되므로 염액중의 염료의 양과는 무관함을 알 수 있다. 반응염료에서 알칼리의 첨가량이 증가하면 직접성이 현저하게 떨어지므로 섬유와 염료간의 흡착보다는 흡진된 염료분자와 섬유간의 화학반응에 의해 고착이 진행된다.

도12c는 알칼리 첨가시 염료의 상용성 변화를 알아보기 위해서 황색, 적색, 청색염료를 각 1g/l씩 일정 비율로 혼합하고 액비 10:1 일때 알칼리의 첨가량을 5, 10, 20g/l로 변화시킬 때 각 염료의 흡진곡선의 변화를 알아보았다. 알칼리 첨가량에 따른 각 염료의 흡진곡선은 큰 영향은 없었고 염료의 상용성과도 무관함을 알 수 있다. 이는 알칼리가 염료와 섬유간의 반응에만 관여하기 때문이다.

도12d는 반응염료로 면직물을 염색할 때 황색, 적색, 청색염료 중에서 두 가지 염료 농도는 1g/l로 같고 한가지 염료의 농도를 0.5, 1.0, 1.5g/l로 변화시킬 때 각 염료들의 흡진율곡선의 거동를 나타낸 것이다. 각 염료의 농도가 증가할수록 흡진율은 감소경향을 보이지만 염료 농도비율에 따른 상용성의 변화는 크지 않았다.

위에서 사용한 삼원색의 반응염료는 메이커에서 상용성이 좋은 염료로 추천된 것이다. 중성염, 알칼리, 염료 농도비율의 변화에 따른 상용성의 변화를 평가한 결과 이들 조건의 변화에 의해서는 상용성의 변화가 크지 않은 염료임을 알 수 있었다. 그러나 본 고안의 측정으로 분석한 결과, 혼합염료의 농도 차가 클 경우에는 낮은 농도의 염료의 흡진속도가 저하되므로 저욕비로 염색을 하는 것이 염료의 상용성 면에서 좋을 것으로 판단된다.

도13은 본 고안을 이용하여 산성염료로 나일론을 염색할 때 침투균염제 사용에 따른 산성염료의 상용성 변화를 나타내는 그래프이다. 초기온도 20℃에서 종류가 다른 침투균염제와 섬유를 넣고 10분 동안 교반하고 황색, 적색, 청색염료와 첨가제를 넣은 후 10분간 유지하고 1℃/분으로 95℃까지 승온을 한 후 95℃에서 60분간 염색을 하였다. 첫 번째 침투균염제의 경우 황색과 청색염료의 초기흡진속도가 적색염료에 비해 빠르게 나타나는데 두 번째 침투균염제의 경우 황색, 청색염료의 초기흡진속도가 느려지고 적색염료는 느려져서 결국 황색, 적색, 청색염료가 동일한 흡진거동을 나타냄을 알 수 있다.

본 고안에 의하면, 염액의 스펙트럼을 측정하는 염액 측정부와 이를 기초로 염액의 농도와 흡진율을 분석하는 알고리즘을 개선하여 염액을 구성하는 염료의 수와 관계없이 정확한 농도와 흡진율을 측정할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 혼합염료의 총흡진율과 개별염료의 흡진 거동을 알 수 있고 섬유와 염료, 조제간의 작용을 다른 분석 없이 바로 측정화면을 통해서 알 수 있다.

또한, 염료를 다른 염료와 혼합하여 사용할 경우에 염료마다 흡진 거동이 다소 다르므로 염료의 성질이 잘 일치하는 상용성이 좋은 염료를 조합하는 것이 무엇보다 중요한데 상용성 실험을 위해서 별도의 염색 실험을 하고, 실험 데이터 값을 비교해야 하는 번거로움이 있고 혼합염료에 대한 개별 염료의 거동을 예측 할 수 없으며, 염료의 확산 계수 또한 구하기 어렵기 때문 실제 염색에 적용하기는 힘들다. 그러나 본 고안에서는 혼합염료로 염색하면서 동시에 개별 염료에 대한 상용성을 평가할 수 있다.

또한, 본 고안은 염색조건이나 조제의 변화에 따른 혼합염료의 염료별 염착거동의 변화를 실시간에 알 수 있어서 최적 염색조건의 설정에 매우 유용하다.

이상에 본 고안은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 염색기의 염액조와 염액 측정부가 순환 파이프로 접속되고, 상기 염색기의 염액조에 담겨진 염액이 상기 염색기의 염액조와 염액 측정부 사이를 강제 순환되도록 상기 순환 파이프에 순환펌프가 설치된 염액 샘플링부;

   상기 순환 파이프를 통해 강제 순환되는 염액에 빛을 투과하여 염액에 포함된 혼합염료의 스펙트럼을 측정하고, 상기 혼합염료의 스펙트럼을 중앙처리 및 제어부에 전송하는 염액 측정부;

   상기 염액 측정부로부터 전송되는 혼합염료의 스펙트럼을 각 염료별 스펙트럼으로 분해하여 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도및 총 염액의 농도 및 흡진율을 연산하고, 그 결과를 표시부로 전송하는 중앙처리 및 제어부; 및

   상기 중앙처리 및 제어부로부터 전송된 임의의 시간(t)에서의 각 염료별 농도와 총 염액의 농도 및 흡진율에 대한 측정값을 디스플레이하게 되는 표시부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 염액 측정부에는 투과거리가 가변적인 플로우 셀 및 딥 프로버가 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 염액 측정부 및 상기 염액 측정부의 딥 프로버가 원격 측정이 가능하도록 광섬유로 연결되는 것을 특징으로 하는 상기 염색기에서의 염착상태 실시간 분석장치.