KR20180098595A - 향상된 직물의 염료 세척 방법 - Google Patents

향상된 직물의 염료 세척 방법 Download PDF

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Abstract

약한 유기산의 염의 용액을 염색 용기 내의 직물에 첨가하는 단계, 적어도 80 ℃로 상기 용기 내의 온도를 상승시키는 단계, 적어도 6 분 동안 상기 산을 상기 직물과 반응하도록 하는 단계, 및 모든 액을 제거하는 단계를 포함하는 염색된 폴리에스터 직물로부터 과량의 염료를 제거하는 공정.

Description

직물의 염료 세척 방법
본 발명은 염색된 폴리에스터 직물로부터 과량의 염료를 제거하는 공정에 관한 것이다. 특히, 과량의 염료를 제거하기 위한, 아스코르브산 또는 시트르산과 같은 약한 유기산의 사용에 관한 것이다.
보통 상업적인 직물(textiles or fabrics)의 염색은 직물 상에 염료의 흡수를 통하여, 원하는 색조(shade)에 도달될 때까지 적당한 염료의 용액을 함유하는 염욕(dye bath)에 직물을 침지하는 것으로 구성된다. 염료의 흡수 효율이 변경될 수 있는 수많은 변수가 있으므로, 요구되는 양보다 많은 염료를 염욕에 첨가하고 시간에 따른 염색의 정도 또는 깊이를 조절하는 것이 일반적이다. 이 접근법의 결과는, 염색이 완료된 후 과량의 고정되지 않은 염료를 직물로부터 제거하기 위한 추가의 단계가 요구된다는 것이다. 과량의 염료를 제거하지 않으면, 완성품으로부터 물이 빠지거나(dye run) 이염(transfer)과 같은 문제가 발생할 수 있다. 게다가, 가공처리 공장(processing plant)의 다운스트림 오염을 야기할 수 있다.
폴리에스터 직물의 염색은 성분 고분자 섬유의 특성이 극도로 소수성이므로 특히 쉽지 않다. 게다가, 상기 섬유는 유기 용매에 의하여 용해되거나 분해되지 않는다. 폴리에스터 직물의 효과적인 염색을 달성하기 위하여, 특화된 장비 내에서 특수한 염료 및 가혹한 조건을 사용하는 것이 필요하였다.
폴리에스터 직물은 전형적으로 분산 염료를 이용하여 염색된다. 분산 염료는 어떠한 이온성 특성을 가지지 않는 미리 만들어진 염료이고, 이에 따라 주위 조건(ambient conditions) 하에서 물에 불용성이거나 매우 저조한 용해도를 가진다. 이와 같은 염료는 승온(예를 들어 80 ℃ 내지 100 ℃), 또는 승온 및 가압(예를 들어 105 ℃ 내지 140 ℃, 및 1.1 bar 내지 3.6 bar) 조건에서 산성화된 물에 분산시켜 염색 공정에서 이용된다. 이러한 조건은 염료가 가소화된 폴리에스터 섬유 내로 확산하여 고분자 매트릭스 내 분자 분산을 형성하는 결과를 낳는다.
분산제(dispersing agents) 및 담체 화합물(carrier chemicals)은 통상적으로 폴리에스터 직물의 염색에 사용된다. 분산제는 염욕액(dyebath liquor) 내에서 저조한 용해도를 가지는 대량의 분산 염료를 균질한 상태로 유지시키기 위하여 필요하다. 이와 같은 분산제는 전형적으로, 알킬술포네이트 및 알킬아릴술포네이드와 같은 강한 계면활성제이다. 담체 화합물은 섬유를 팽창시키고 직물 내로 분산 염료의 확산이 가능하도록 도와주도록 디자인된 물질이다. 통상적인 담체 화합물은 글리콜에테르를 기초로 하여 사용될 수 있다.
직물에 충분한 색강도가 달성되면, 과량의 염료를 제거할 필요가 있다. 분산 염료를 이용한 폴리에스터 직물의 염색은 확산 공정이므로, 대량으로 확산되지 않은 채로 직물 표면 상에 흡착된 어느 정도의 염료의 축적이 있을 것이다. 이 염료의 축적은 직물에 보다 약한 부착력을 가져, 결과적으로 직물의 색조가 약화되는 것과 같은 완성 의류의 문제를 야기할 것이다. 또한, 이는 염료의 세탁 및 마찰 견뢰도에 영향을 미칠 수 있다.
이와 같은 문제점을 없애는 데 기여하는 과량의 염료를 제거하는 공정을 환원 세척(reduction clearing)이라 불린다. 보통, 환원 세척은 과량의 염료를 제거하기 위하여, 강한 환원제를 높은 온도 및 pH에서 사용한다. 환원 세척에서 가장 일반적으로 사용되는 시약은 수산화나트륨(sodium hydroxide)의 존재 하의 디티온산나트륨(sodium dithionite)이다. 이 시약은 몇가지 단점을 가지며, 특히 이의 반응성은 취급 시에 복잡한 문제를 야기한다. 이것은 분해가 일어나는 비알칼리 조건에서 불안정하고, 심지어 자연 연소를 유발한다. 디티온산나트륨 사용의 다른 단점은, 직물 내에 잔여하는 임의의 잔류 계면활성제에도 작용할 수 있는 술폰화제(sulphonating agent)로 작용하는 점이다. 이는 임의의 잔류 계면활성제가 지속되게 하는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 이와 같은 황 함유 화합물의 사용은, 쉽게 생분해되지 않아 공정으로부터의 폐수가 수로(watercourses)로 되돌려질 수 있기 전에 광범위하게 처리될 필요가 있다는 단점이 있다.
미국 특허 6,730,132는 폴리에스터 직물의 환원 세척을 위한 공정을 개시한다. 이는 산성 염색액(dyeing liquor) 또는 세척욕(wash bath)에 선택적으로 술폰산염(sulphinate)과 혼합된 디티온산염/산 수용체 술폰산염(dithionite/acid acceptor sulphinate)를 포함하는 처리 후 조성물을 첨가하는 것을 포함한다.
환원 세척제(reduction clearing agent)로서, 아스코르브산 또는 시트르산, 또는 이들의 염과 같은 약한 유기산 또는 이의 염을 염색된 폴리에스터 직물에 첨가함으로써, 바람직하게는 염색액을 제거하고, 일정 시간 동안 가열 및 그 후 상기 액을 제거하여, 황-함유 화합물을 이용할 필요 없이 과량의 염료가 염색된 폴리에스터 직물로부터 쉽게 제거되는 것이 현재 발견되었다.
본 발명에 따르면, 약한 유기산 또는 이의 염의 용액을 염색 용기(dyeing vessel) 내의 직물에 첨가하는 단계; 온도를 상승시키고, 일정 시간 동안 상기 산 또는 이의 염이 상기 직물과 접촉을 유지하도록 두는 단계; 이어서 모든 액을 제거하는 단계를 포함하는, 염색된 폴리에스터 직물로부터 과량의 염료를 제거하는 공정이 제공된다.
상기 약한 유기산은, 적어도 4개의 탄소 원자를 함유하고, 적어도 1의 pKa 또는 pKa1 값, 바람직하게는 5 미만의 pKa 또는 pKa1 값을 가지는 브?스테드산이다. 바람직한 pKa 또는 pKa1 범위는 3 내지 4.5이다. 상기 pKa1 값은 멀티프로토닉 산(multiprotonic acids)에 대하여 첫번째 해리된 양성자를 나타낸다. 이와 같은 산의 예는 아스코르브산(ascorbic acid), 시트르산(citric acid), 카프릴산(caprylic acid), 아디핀산(adipic acid), 숙신산(succinic acid), 말레산(maleic acid) 및 부티르산(butyric acid)을 포함한다. 바람직한 예는 아스코르브산 및 시트르산이다. 상기 약한 유기산의 염 또한 사용될 수 있다. 상기 염의 예는, 알칼리 금속염과 같은 1가의 양이온을 가지는 것을 포함한다. 바람직한 염은 나트륨염 또는 칼륨염이다. 아스코르브산 또는 이의 염이 가장 바람직하다. 하나 이상의 약산 유기산 및/또는 이의 염이 사용될 수 있다.
하기의 논의에서, 달리 명시하지 않는 한 "약한 유기산" 또는 이의 예시의 언급은, 또한 이의 염의 언급을 포함한다.
상기 용기 내의 온도는 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 가장 바람직하게는 75 ℃ 내지 80 ℃, 또는 적어도 80 ℃ 범위 내의 값으로 상승된다.
상기 약한 유기산은 상기 염색된 직물과 반응할 수 있도록 바람직하게는 적어도 6 분 동안 상기 직물과 접촉이 유지된다. 바람직하게는, 상기 접촉 시간은 최대 60 분이다.
바람직하게는, 상기 약한 유기산이 첨가되기에 앞서, 상기 염색액(dyeing liquor)은 염색 용기로부터 제거된다. 대안적으로, 이미 염색된 폴리에스터 직물이 낮은 염료 견뢰도를 나타낸다면, 상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 공정을 이용하여 염색된 직물을 재가공(reprocess)할 수 있다. 이런 상황에서, 상기 건조된 염색된 직물은, 물 및 적절한 양의 약한 유기산이 첨가될 수 있는 염욕 또는 적합한 용기 내로 적재될 수 있다.
예를 들어, 상기 유기산이 첨가되기 전에 상기 염색액이 제거되지 않는 경우, 상기 유기산은 리터당 80 g 내지 120 g의 비율로 첨가된다. 대안적으로, 상기 유기산의 첨가 전에 상기 염색액이 제거되는 경우, 리터당 2 g 내지 50 g, 바람직하게는 2 g 내지 10 g, 가장 바람직하게는 리터당 5 g의 상기 산이 사용된다.
모든 액을 제거하고 나서, 상기 폴리에스터 직물은 바람직하게는 주위 온도(ambient temperature)에서 물로 헹구어지고(rinse), 이후 탈수(spin) 및 건조(dry)된다.
일 구현예에 있어서, 약산 유기산, 또는 여전히 산성인 이의 염은 환원 세척제로서 이용된다. 이전에 사용된 디티온산나트륨을 이용한 환원 세척 공정과 달리, 이는 전형적으로 낮은 pH에서 수행되는 염색 단계와 환원 세척 단계 사이에 pH를 변경할 필요가 없는 장점을 가진다.
하지만, 상기 염색된 폴리에스터 직물이 이후에 처리(예를 들어, 발수성이 되도록 처리)되는 경우, 약한 유기산을 사용하는 환원 세척 처리 후에, pH 9 내지 pH 12로 pH가 상승된다. 이는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화암모늄과 같은 알칼리 수산화물을 리터당 1.4 g 내지 1.7 g의 비율로 첨가함으로써 달성된다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 염색된 폴리에스터 직물로부터 과량의 염료를 제거하기 위한 약한 유기산의 이용을 제공한다. 이때, 상기 약한 유기산의 용액은 염색 용기 내의 직물에 첨가되고, 상기 용기 내의 온도는 적어도 80 ℃까지 상승되며, 적어도 6분 동안 상기 산이 상기 직물과 반응되도록 한다. 모든 액은 이후 제거된다.
본 발명의 공정의 하나의 장점은, 직물 내에 남아있는 잔류 계면활성제에 작용하여 계면활성제가 더 지속되게 하는 술폰화제(sulphonating agent)로 작용하는, 디티온산나트륨과 같은 황 함유 화합물을 사용할 필요가 없는 점이다. 이 잔효성(persistence)은, 나중의 직물 마감 공정(예를 들어, 폴리에스터 직물에 발수 처리(water-repellent treatments)의 적용)에서 문제를 야기한다.
환원 세척 공정에서 약한 유기산을 사용하는 것의 다른 장점은, 공정이 운용하기에 더 안전하고, 환경 오염이 덜하며, 나아가 운용하기 더 저렴하다는 것이다.
본 발명은 이하의 실시예를 참고하는 방법으로 추가로 기술될 것이다.
실시예 1.
적합한 염색 용기에서, 염욕은 계속 혼합하면서 하기의 구성 성분을 순차적으로 첨가하여 하기의 조성물로 준비되었다:-
물(40 ℃, 탈이온화) - 5 리터
담체(carrier)(DOWANOL EPh, Dow Chemicals) - 50 g (10 g/리터)
분산제(Basojet® PEL-200, BASF Chemicals) - 50 g (10 g/리터)
염료(Permasil Red F3BS 150%, Standard Colors) - 150 g (30 g/리터)
염료의 첨가 후, 바스(bath)의 온도를 약 1 ℃/분의 속도로 95 ℃까지 천천히 상승시켰다. 이 시점에서, 아세트산(80% Technical grade) - 25 g(5 g/리터)의 첨가로 염욕의 pH를 4.0 내지 5.0로 조절하였다.
215 g/㎡ 무게의 염색되지 않은 폴리에스터 마이크로화이버 직물 샘플 500 g을 염욕에 첨가하였다. 계속 혼합하면서, 염욕을 가열하여 끓였으며, 90 분 동안 일정 온도로 유지되었다. 이 시간 동안, 필요한 경우 15 분 마다 5 g의 속도로 아세트산을 추가로 첨가하여, 염욕의 pH를 유지하였다.
90 분 후, 염색 용기의 액체 내용물을 배출시키기 전에, 염욕을 60 ℃의 온도까지 냉각시켰다. 그리고 나서, 직물을 염색 용기 내에서 Tergitol 15-S-7(2분 동안 60 ℃의 탈이온수 5 리터 내 10 g)의 3회의 분리된 세척으로 세척하였다.
그리고 나서, 염색 용기에 물(60 ℃의 탈이온수 5 리터)을 다시 채우고, 수산화나트륨을 첨가(20 g, 4g/리터)하였다. 그리고 나서, 염색 용기 내용물의 온도를 80 ℃까지 상승시키고, 미리 정해진 순서에 따라 하기 물질을 첨가하였다:-
분산제(Basojet® PEL-200, BASF Chemicals) - 20 g (4 g/리터)
무수시트르산삼나트륨(Trisodium citrate dehydrate)(Jungbunzlaur) - 50 g (10 g/리터)
염색 용기 내용물의 온도를 추가로 25분 동안 80 ℃로 유지시켰다. 그리고 나서, 액체 내용물을 염색 용기에서 배출시켰다. 그리고 나서, 상기 직물을 별도의 물(2 분 동안 20 ℃의 탈이온수 5 리터)을 가하여 5회 헹구었다.
마지막 헹굼에서, 아세트산(80% Technical grade)을 첨가하여 염료의 pH를 6.0 내지 7.0로 낮추었다. 그리고 나서, 염색 용기의 액체 내용물을 배출시키고, 염색된 직물을 회수하여 공기 중에 건조시켰다.
젖은 샘플 및 건조 샘플 둘 모두에 대한 최종 직물의 염색 견뢰도(colour fastness)는 American Association of Textile Chemists and Colorists(AATCC) 시험 방법 8-2013(마찰 견뢰도: AATCC Crockometer Method)에 의하여 평가되었다. 상기 결과는 AATCC Chromatic Transference Scale에 대하여 평가되었다. 두 샘플 모두, 시험 직물로부터 이염(dye transfer) 수준이 적합하게 낮은 것임을 나타내는, 4.5 등급을 가지는 것으로 기록되었다.
실시예 2
허용되지 않을 정도로 낮은 견뢰도를 나타내는, 염색된 블랙 폴리에스터 마이크로화이버 직물(150 g/㎡의 직물 무게)의 배치(batch) 50 kg을 상기 문제의 해결을 위하여 재가공 하였다.
상기 직물을 Fong's Minitec3-1T 고온 염색 장치 내에 적재하였다. 상기 장치의 서비스 탱크에 미리 정해진 순서에 따라 하기 구성 성분을 충진하였다:-
물(20 ℃, 탈이온화) - 150 리터
수산화나트륨 - 400 g
아스코르브산 - 750 g
서비스 탱크의 내용물이 완전히 용해되면, 상기 탱크의 내용물을 염색 루프 내로 충진하였다. 충진 이후, 직물 로프의 순환을 가능하게 하기 위하여, 상기 장치의 제트 펌핑 시스템을 활성화하였다. 내장된 히터를 이용하여, 상기 장치 내용물의 온도를 90 ℃까지 상승시켰다. 상기 직물의 순환은 60 분 동안 계속되었다. 이 시간 이후, 상기 장치의 제트 펌핑 시스템을 비활성화시키고, 상기 장치의 액체는 비워졌다. 그리고 나서, 상기 장치는 서비스 탱크로부터의 200 리터의 물(20 ℃, 탈이온화)의 첨가로 재충진되었고, 이후 10 분간 제트 펌핑 시스템으로 상기 직물을 순환시켰다. 그리고 나서, 서비스 탱크(전형적으로 24 g/리터)를 통한 아세트산(80% Technical grade)을 첨가하여, 상기 장치 내용물을 pH는 7.0으로 조절하였다. 그리고 나서, 상기 장치의 액체 내용물을 배출시키고, 서비스 도어(service door)를 통하여 직물을 빼내었다.
48 시간 동안 자연건조를 한 후, 젖은 샘플 및 건조 샘플 둘 모두에 대한 최종 직물의 염색 견뢰도는 American Association of Textile Chemists and Colorists(AATCC) 시험 방법 8-2013(마찰 견뢰도: AATCC Crockometer Method)에 의하여 평가되었다. 상기 결과는 AATCC Chromatic Transference Scale에 대하여 평가되었다. 두 샘플 모두, 샘플로부터 이염(dye transfer)이 검출되지 않는 것임을 나타내는 5 등급을 가지는 것으로 기록되었다.

Claims (15)

  1. 염색된 폴리에스터 직물로부터 과량의 염료를 제거하는 공정으로서,
    (a) 약한 유기산 또는 이의 염의 용액을 염색 용기 내의 직물에 첨가하는 단계,
    (b) 상기 용기 내의 온도를 상승시키는 단계,
    (c) 일정 시간 동안, 상기 산 또는 이의 염이 상기 직물과 접촉을 유지하도록 두는 단계, 및
    (d) 모든 액을 제거하는 단계를 포함하는, 공정.
  2. 청구항 1에 있어서, (a) 단계에 앞서, 상기 염색 용기로부터 염색액을 제거하는 추가 단계를 포함하는 것인, 공정.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, (c) 단계에서의 상기 약한 유기산 또는 이의 염은 적어도 6 분 동안, 및/또는 최대 60 분 동안 상기 직물과 접촉을 유지하는 것인, 공정.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, (b) 단계에서의 상기 용기 내의 온도는 60 내지 100 ℃ 범위 내의 값으로 상승되는 것인, 공정.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약한 유기산은 적어도 4개의 탄소 원자 및 적어도 1의 pKa 또는 pKa1 값을 가지는 것들로부터 선택되는 것인, 공정.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 약한 유기산 또는 이의 염은 아스코르브산, 시트르산, 카프릴산, 아디핀산, 숙신산, 말레산, 부티르산 및 이들의 염 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 공정.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 약한 유기산은 아스코르브산 또는 시트르산 또는 이들의 염인 것인, 공정.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 약한 유기산은 아스코르브산인 것인, 공정.
  9. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약한 유기산의 염은 알칼리 금속염으로부터 선택되고, 바람직하게는 나트륨염 또는 칼륨염으로부터 선택되는 것인, 공정.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 모든 액의 제거 이후, 주위 온도에서 상기 직물을 물로 헹구는 추가 단계를 포함하는 것인, 공정.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약한 유기산 또는 이의 염의 첨가 이후, pH 9 내지 pH 12로 pH를 상승시키는 추가 단계를 포함하는 것인, 공정.
  12. 청구항 11에 있어서, pH를 상승시키기 위해 알칼리 수산화물이 사용되고, 상기 알칼리 수산화물은 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화암모늄으로부터 선택되는 것인, 공정.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 약한 유기산 또는 이의 염은 리터당 80 g 내지 120 g의 비율로 첨가되는 것인, 공정.
  14. 청구항 2에 있어서, 상기 약한 유기산 또는 이의 염은 리터당 2 g 내지 50 g, 바람직하게는 리터당 2 g 내지 10 g, 가장 바람직하게는 리터당 5 g의 비율로 첨가되는 것인, 공정.
  15. 염색된 폴리에스터로부터 염료를 제거하기 위한 약한 유기산의 이용.
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