KR20190090067A - 초임계 유체 재료 마감 처리 - Google Patents

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Abstract

방법은 마감 재료로 목표 재료를 마감 처리하는 데에 초임계 유체를 사용하는 것에 관한 것이다. 온도, 압력, 유량, 및 시간으로부터 선택되는 하나 이상의 변수를 조작하여 마감 처리 프로세스에서의 효율을 증가시킨다. 온도 또는 압력이 감소되어 초임계 유체 이산화탄소의 밀도를 변화시키고, 용해된 재료 마감재를 이산화탄소를 이용하여 석출시킬 때에, 다른 변수들이 임계값 위로 유지되어 목표 재료에 의한 재료 마감재의 흡수를 증가시킨다. 양태에 있어서, 이러한 개선은 시스템의 클리닝 프로세스를 제한함으로써 시간을 감소시키고, 클리닝 프로세스에 사용되는 재료를 절감하며, 프로세스의 사이클을 달성하는 데에 사용되는 에너지를 절감한다.

Description

초임계 유체 재료 마감 처리 {SUPERCRITICAL FLUID MATERIAL FINISHING}
본 발명은 초임계 유체 재료 마감 처리에 관한 것이다.
전통적인 재료의 염색은 많은 양의 물을 필요로 하는데, 이는 담수 공급에 해로울 수 있고 또한 원치않는 화학 물질이 폐수 스트림에 유입되게 할 수 있다. 그 결과, 초임계 유체의 사용이 전통적인 물 염색 프로세스에 대한 대안으로 연구되어 왔다. 그러나, 염색 프로세스에서 이산화탄소("CO2")와 같은 초임계 유체("SCF")의 사용과 관련하여 많은 도전 과제에 직면하였다. 예컨대, 용해도, 도입, 분산, 순환, 침착 및 상호 작용의 특성을 비롯하여 염색제 재료와 SCF의 상호 작용은 SCF를 이용한 염색의 산업적 규모 구현에 모든 문제점을 제기한다. 2000년 1월 13일자로 출원되었고 노스 캐롤라이나 주립 대학(North Carolina State University)에게 양도된, Hendrix 등의 미국 특허 제6,261,326호("'326 특허")는 SCF와 염색제 재료의 상호 작용에 대해 이전에 연구된 해법을 처리하고자 시도하였다. '326 특허는 염색제를 SCF에 도입한 다음 염색제와 SCF의 용액을 텍스타일 처리 시스템으로 전사하여 재료를 염색하도록 별개의 준비 용기와의 상호 작용의 복잡성을 개선하고자 시도하였다. '326 특허의 예에서, 염색제는 SCF와 함께 염색 대상 재료를 수용하는 용기 내로 도입되며, 이는 프로세스 복잡성 및 시스템의 구성요소를 증가시킬 수 있다.
방법은 초임계 유체 이산화탄소 환경에서 재료 마감재로 목표 재료를 마무리하는 것에 관한 것이다. 프로세스의 변수는 목표 마감재를 목표 재료로 보다 효율적으로 전달하도록 상이한 순서로 조작된다. 변수로는 압력 용기 내의 시간, 압력, 열, 내부 유량, 및 CO2 전달을 포함한다. 일 양태에서, 온도는 압력이 작동 압력으로부터 천이 압력으로 감소됨에 따라 문턱값 이상으로 유지된다. 가변 조작의 시퀀싱은 목표 재료에 의한 재료 마감재의 더 큰 흡수 및 시스템의 표면 상에 침착되는 잔류 재료 마감재의 감소를 허용한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 양태에 따른, 초임계 유체를 통해 제2 재료로부터 스풀 재료로 염색제를 전사하는 것을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 양태에 따른, 초임계 유체를 통해 제1 재료로부터 제2 재료로 염색제를 전사하는 것을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 양태에 따른, 하나 이상의 재료 마감재의 관류를 위한 접촉 장치 내의 예시적인 재료를 도시한다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른, 하나 이상의 재료 마감재의 관류를 위한 비접촉 장치 내의 예시적인 재료를 도시한다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른, 접촉 장치 내의 예시적인 재료를 도시한다.
도 6은 본 발명의 양태에 따른, 비접촉 장치 내의 예시적인 재료를 도시한다.
도 7은 본 발명의 양태에 따른, 빔 둘레에 2개의 재료의 직렬 권선을 도시한다.
도 8은 본 발명의 양태에 따른, 빔 둘레에 동시에 권취된 재료들을 도시한다.
도 9는 본 발명의 양태에 따른, 이산화탄소의 온도 및 압력 상태도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 양태에 따른, 초임계 유체를 사용하여 스풀 재료에 염색제를 적용하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 양태에 따른, 초임계 유체를 사용하여 스풀 재료에 재료 마감재를 적용하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 양태에 따른, 초임계 유체를 사용하여 스풀 재료에 제2 재료 마감재를 적용하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 양태에 따른, 재료를 초임계 유체로 염색하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 양태에 따른, 재료를 초임계 유체로 염색하는 다른 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 양태에 따른, 마감 재료를 목표 재료에 적용하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 양태에 따른, 재료를 초임계 유체로 정련하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 양태에 따른, 연속적인 프로세스에서 재료를 정련 및 마감 처리(예컨대, 염색)하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 양태에 따른, 초임계 염색 단계 동안의 상대 변수를 도시한다.
도 23 내지 도 26은 본 발명의 양태에 따른, 초임계 정련 단계 동안의 상대 변수를 도시한다.
도 27은 본 발명의 양태에 따른, 초임계 염색을 위한 예시적인 작동 조건의 표를 도시한다.
방법은 초임계 유체 이산화탄소 환경에서 재료 마감재로 목표 재료를 마감 처리하는 것에 관한 것이다. 프로세스의 변수는 목표 마감재를 목표 재료로 보다 효율적으로 전달하도록 상이한 순서로 조작된다. 변수로는 압력 용기 내의 시간, 압력, 열, 내부 유량, 및 작동 물질(예컨대, CO2)의 교환을 포함한다. 일 양태에서, 온도는 압력이 작동 압력으로부터 천이 압력으로 감소됨에 따라 문턱값 이상으로 유지된다. 예컨대, CO2의 밀도가 염료가 CO2와 함께 용액 밖으로 나오는 레벨을 지날 때까지 온도 및 내부 유량은 개개의 문턱값 이상으로 유지된다. 가변 조작의 시퀀싱은 목표 재료에 의한 재료 마감재의 더 큰 흡수 및 시스템의 표면 상에 침착되는 잔류 재료 마감재의 감소를 허용한다. 결과적으로, 추가 양태는 목표 재료 마감 프로세스들 사이에서 클리닝 프로세스의 사용을 제거하거나 감소시키는 것을 고려한다.
텍스타일(즉, 직물, 천) 및/또는 스풀 재료(예컨대, 얀, 실, 필라멘트, 코드, 스트링, 리본, 및 기타 연속적인 길이의 재료)와 같은 재료는 내수성, 내마모성, 통기성 및/또는 외관(예컨대, 착색)과 같은 원하는 결과를 달성하도록 재료 마감재로 처리될 수 있다. 예컨대, 재료는 원하는 겉보기를 달성하도록 염색될 수 있다. 염색제(dye)는 예시적인 양태에서 텍스타일 등의 재료의 컬러를 추가 또는 변화시키는 데에 사용되는 물질이다. 추가 양태에서, 염색제는 내구성 발수 마감재(즉, 소수성), 내화성 마감재, 항균성 마감재, 친수성 마감재 등과 같은 재료 마감재이다. 다른 양태에서, 염색제는 착색제 이외의 직물 마감재가 아니며, 다른 양태에서, 염색제는 구체적으로 나타내는 경우에 착색제 이외의 직물 마감재이다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 염색제 또는 염색 프로세스는 컬러 또는 착색 프로세스로 제한되지 않는다. 대신에, 염색제 또는 염색은 재료 마감재 또는 목표 재료의 마감 프로세스를 포함한다. 염료(dyestuff)라고도 지칭하는 염색제 재료는 형성 시에 천연 또는 합성인 착색 입자일 수 있다. 전통적으로, 염색제는, 다수의 처리 화학 물질과 함께, 염색 프로세스를 향상 및/또는 달성하기 위해 다양한 산성 또는 염기성(예컨대, pH) 조건을 가질 수 있는 수용액을 통해 재료에 도포된다. 그러나, 이 전통적인 염색 프로세스는 다량의 물을 소비하고 잠재적으로 염색 프로세스로부터의 화학 물질을 폐수 스트림으로 방출한다.
초임계 유체("SCF") 이산화탄소("CO2")는 기체와 액체 모두의 특성을 나타내는 CO2의 유체 상태이다. SCF CO2는 액체와 같은 밀도 및 기체와 같은 낮은 점성과 확산 특성을 갖는다. SCF의 액체와 같은 밀도는 SCF CO2가 재료의 궁극적인 염색을 위해 염색제 재료 및 화학 물질을 용해시키는 것을 허용한다. 기체와 같은 점도 및 확산 특성은, 예컨대 전통적인 수계 프로세스보다 염색제 재료의 염색 시간 및 확산을 더 빠르게 할 수 있다. 도 9는 고체상(606), 액체상(608), 기체상(610), 및 SCF상(612)과 같은 CO2의 다양한 상을 강조하는 CO2 압력(604) 및 온도(602) 상태도를 제공한다. 예시된 바와 같이, CO2는 약 304도 켈빈(즉, 87.53℉, 30.85℃) 및 73.87 bar(즉, 72.9 atm)에서 임계점(614)을 갖는다. 일반적으로, 임계점(614) 위의 온도와 압력에서, CO2는 SCF상이다.
본 명세서의 예들은 구체적으로 SCF CO2를 언급하지만, 추가적인 또는 대안적인 조성물이 초임계 유체상에서 또는 그 근처에서 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 따라서, 본 명세서에서 조성물로서 CO2에 대해 특정 언급이 이루어지지만, 본 발명의 양태는 SCF상을 달성하기 위한 대안적인 조성물 및 적절한 임계점 값으로 적용 가능하다는 것이 예상된다.
염색 프로세스에서 SCF CO2의 사용은 네덜란드의 DyeCoo Textile Systems BV("DyeCoo")가 제공하는 기계와 같은 상업적으로 이용 가능한 기계를 사용하여 달성될 수 있다. 전통적인 시스템에서 실시되는 프로세스는 염색하고자 하는 미염색 재료를 SCF CO2를 달성하도록 가압 및 가열될 수 있는 용기 내에 배치하는 것을 포함한다. 텍스타일과 일체형으로 결합되지 않은 분말형 염료(예컨대, 느슨한 분말)는 홀딩 용기 내에 유지된다. 염료 홀딩 용기는 용기를 가압하기 전에 염료가 미염색 재료와 접촉하지 않도록 미염색 재료와 함께 용기 내에 배치된다. 예컨대, 홀딩 용기는 염료를 미염색 재료로부터 물리적으로 분리시킨다. 용기를 가압하고 열에너지를 인가하여 CO2를 SCF(또는 SCF 근처) 상태로 만들면 SCF CO2에서 염료가 용해된다. 전통적인 시스템에서, 염료는 SCF CO2에 의해 홀딩 용기로부터 미염색 재료로 운반된다. 이어서, 염료는 미염색 재료를 통해 확산되어 SCF CO2상이 중단될 때까지 미염색 재료를 염색시킨다.
본 명세서의 양태는 재료 상에 생기는 대한 염색 프로파일을 제어하는 방식으로서 염색제 평형의 개념에 관한 것이다. 예컨대, 제1 재료가 적색 착색으로 설명될 수 있는 염색 프로파일을 갖고, 제2 재료가 착색의 부재(예컨대, 표백된 또는 백색)에 의해 설명될 수 있는 염색 프로파일을 갖는다면, SCF CO2를 이용한 평형 염색의 개념은 제1 염색 프로파일을 형성하는 염료의 적어도 일부가 제1 재료로부터 제2 재료로 전사되도록 2개의 염색 프로파일들 사이의 균등화를 시도하는 것이다. 이 프로세스의 적용은 희생 재료의 염료에 의해 염색되도록 의도된 제2 재료에 특정 염료를 도포하기 위한 담체로서 사용되는, 상부에 및/또는 그 내부에(예컨대, 염색된 제1 재료) 함유된 염료를 갖는 희생 재료를 이용하는 것을 포함한다. 예컨대, 개개의 초기 염색 프로파일(예컨대, 제1 염색 프로파일 및 제2 염색 프로파일)과 상이한 염색 프로파일을 또한 가지면서, 제1 재료 및 제2 재료는 SCF CO2 프로세스가 적용된 후에 서로 상이한 결과적인 염색 프로파일을 각각 가질 수 있다. 이러한 진정한 의미의 평형 부족이 바람직할 수 있다. 예컨대, 예시적인 양태에서, 제1 재료가 단지 염색제 담체가 되도록 의도된 희생 재료이면, 프로세스는 제1 재료에 대한 결과적인 염색 프로파일에 관계없이 제2 재료가 원하는 염색 프로파일을 달성할 때까지 수행될 수 있다.
SCF CO2를 사용하는 염색 프로세스의 다른 예는 추가 염색 프로세스로서 지칭될 수 있다. 추가 염색 프로세스를 설명하는 데에 도움이 되는 예는 적색 착색을 나타내는 염색 프로파일을 갖는 제1 재료 및 청색 착색을 나타내는 제2 염색 프로파일을 갖는 제2 재료를 포함한다. SCF CO2는 보라색 착색(예컨대, 적색 + 청색 = 보라색)을 나타내는 제1 재료 및 제2 재료(및/또는 제3 재료)에 관한 염색 프로파일을 초래하는 데에 효과적이다.
이전과 같이, 평형 염색제 프로세스가 성숙될 때에 제1 재료와 제2 재료가 공통의 염색 프로파일을 달성할 수 있다는 것이 예상된다. 추가 양태에서, 제1 재료와 제2 재료는 서로 상이한 염색 프로파일을 초래하지만, 결과적인 염색 프로파일은 또한 각각의 개별 재료에 대한 초기 염색 프로파일과 상이하다는 것이 예상된다. 또한, 제1 재료는 희생 염색제 전사 재료일 수 있고 제2 재료는 목표 염색 프로파일이 요망되는 재료라는 것이 예상된다. 따라서, SCF CO2 염색 프로세스는 제2 재료가 제1 재료의 결과적인 염색 프로파일에 관계없이 원하는 염색 프로파일을 달성할 때까지 수행될 수 있다. 또한, 예시적인 양태에서, 제1 염색 프로파일(예컨대, 적색)을 갖는 제1 희생 재료 염료 담체 및 제2 염색 프로파일(예컨대, 청색)을 갖는 제2 희생 염료 담체가 시스템에 위치되어 제3 재료에 관한 원하는 염색 프로파일(예컨대, 보라색)을 유발할 수 있다는 것이 예상된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 재료들, 염색 프로파일들, 및 기타 예상되는 변수들(예컨대, 시간, SCF CO2 체적, 온도, 압력, 재료 조성물, 및 재료 유형)의 임의의 조합 및 갯수가 본 명세서에서 예상되는 결과를 달성하도록 변경될 수 있다.
본 발명의 양태는 SCF CO2를 사용하는 하나 이상의 재료의 염색(예컨대, 재료 마감재를 이용한 처리)을 예상한다. 서로 함께 사용되는 2개 이상의 재료의 개념이 본 발명의 양태에서 예상된다. 또한, 희생 재료로서 또는 염색제 담체로서 지칭될 수 있는 전통적인 후처리 이용(예컨대, 의류 제조, 신발 제조, 카펫류, 커버류)을 위해 의도되지 않은 일체형 염료를 갖는 하나 이상의 재료의 사용이 시스템에 도입된 것으로 고려된다. 또한, 임의의 염색 프로파일이 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 하나 이상의 재료에서 임의의 원하는 염색 프로파일을 달성하도록 염색 프로파일들의 임의의 조합이 서로 조합하여 사용될 수 있다. 개시된 방법 및 시스템에 대한 추가 특징 및 프로세스 변수가 본 명세서에 제공될 것이다.
재료에 관해 원하는 염색 프로파일을 달성하는 것은 다수의 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 50 kg의 제1 재료(예컨대, 스풀 또는 롤형 재료)와 100 kg의 제2 재료가 있다면, 제1 재료의 중량 당 결과적인 염색 프로파일은 제2 재료의 원래 염색 프로파일에 염색제가 없는 경우에 제1 염색 프로파일의 원래 컬러/강도/포화도의 1/3로서 표현될 수 있다. 대안으로, 재료의 비율은 같지만 원래의 제2 염색 프로파일이 제1 염색 프로파일과 비슷한 포화도/강도를 갖고 착색이 상이한 경우, 제1 염색 프로파일은 1/3X + 1/3Y로 표현될 수 있으며, 여기서 X는 원래의 제1 염색 프로파일이고 Y는 원래의 제2 염색 프로파일이다(즉, 제1 재료의 중량/모든 재료의 중량). 이전의 2가지 예를 사용하는 제2 재료의 관점에서, 결과적인 염색 프로파일은 제1 예에 대해 (2/3X)/2이고, 제2 예제에 대해 (2/3X + 2/3Y)/2일 수 있다(즉, [제1 재료의 중량/모든 재료의 중량] * [제1 재료의 중량/제 2 재료의 중량]). 이전의 예는, 킬로그램 당 야드 수, 재료 조성, 염색 프로세스 길이, 온도, 압력, 시간, 재료 다공성, 재료 밀도, 재료의 권취 장력, 및 경험치(들)에 의해 표현될 수 있는 기타 변수와 같은 다수의 추가 요인이 또한 관련되는 것이 예상되므로 단지 예시를 위한 것이다. 그러나, 전술한 설명은 본 명세서에서 제공되는 양태들을 보충하도록 소기의 평형 염색 프로세스의 이해를 제공하기 위한 것이다. 그와 같이, 제공된 예 및 값은 사실상 제한적이 아니라 단지 예시적이다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 양태에 따른, SCF CO2에 의한 제2 재료(102)로부터 스풀 재료(104)로의 염색제(100)의 전사를 나타내는 예시적인 설명도 도시되어 있다. SCF CO2를 이용한 염색 프로세스에 도입되는 재료는 조성물(예컨대, 면, 양모, 실크, 폴리에스테르, 및/또는 나일론), 기재(예컨대, 직물 및/또는 얀), 제품(예컨대, 신발류 및/또는 의류) 등과 같은 임의의 재료일 수 있다. 예시적인 양태에서, 제2 재료(102)는 염색제 재료(108)로 구성된 제1 염색 프로파일을 갖는 폴리에스테르 재료이다. 염색 프로파일은 컬러, 강도, 음영, 염료 유형(들), 및/또는 화학 조성에 의해 정의될 수 있는 염색 특성 또는 재료 마감재 특성이다. 실질적인 염료가 존재하지 않는 재료(예컨대, 염색 방법으로부터 비자연적으로 발생하는 착색 또는 그 위에 적용된 다른 재료 마감재가 없음)가 또한 염색제의 부재를 설명하는 염색 프로파일을 갖는다는 것이 예상된다. 따라서, 재료와 관련된 착색, 마감재, 또는 염색제에 관계없이, 모든 재료는 염색 프로파일을 갖는다. 다르게 말하면, 수행된(또는 수행되지 않은) 컬러/재료 마감 프로세스와 관계없이, 모든 재료는 염색 프로파일을 갖는다. 예컨대, 모든 재료는 재료에 염색 프로세스가 수행되었는지의 여부에 관계없이 시작 착색을 갖는다.
제2 재료(102)는 제1 표면(120), 제2 표면(122) 및 복수 개의 염색제 재료(108)를 갖는다. 염료들의 조성물/혼합물일 수 있는 염색제 재료(108)는 논의 목적을 위해 입상 요소로서 도시되어 있지만, 실제로 염색제 재료(108)는 하지 재료 기재로부터 매크로 레벨에서 개별적으로 식별 가능하지 않을 수 있다. 또한, 이후에 설명되는 바와 같이, 염료는 재료와 일체형일 수 있다는 것이 예상된다. 일체형 염료는 재료와 화학적으로 또는 물리적으로 결합된 염료이다. 일체형 염료는 재료와 화학적으로 또는 물리적으로 결합되지 않는 염료인 비일체형 염료와 비교된다. 비일체형 염료의 예로는 염료가 최소의 기계적 노력으로 제거되도록 재료의 표면 상에 뿌려지고 솔질된 건조 분말형 염료를 포함한다.
도 1에서, SCF CO2(106)는 단지 논의 목적을 위해 화살표로 도시되어 있다. 실제로, SCF CO2는 도 1에 도시되어 있지만, 매크로 레벨에서 개별적으로 식별 가능하지 않다. 또한, 염색제 재료(112 및 116)는 각각 SCF CO2(110 및 118)에 의해 전사되는 것으로 도시되어 있지만, 제시된 바와 같이, 이 예시는 논의의 목적을 위한 것이며 실제의 축척 표현은 아니다.
도 1과 관련하여, SCF CO2(106)가 제2 재료(102)로 도입된다. SCF CO2(106)의 초기 도입은 결합된 염색제 재료가 없는 상태이다(예컨대, 염료가 용해되어 있지 않음). 예시적인 양태에서, SCF CO2(106)는 제1 면(120)으로부터 제2 면(122)으로 제2 재료(102)를 통과한다. SCF CO2(106)가 제2 재료(102)를 통과함에 따라, 제2 재료(102)를 위한 염색제 재료(108)(예컨대, 염료)가 SCF CO2와 결합(예컨대, 용해)되는데, 이는 SCF CO2(110)와 관련되어 염색제 재료(112)로서 도시되어 있다. 제2 재료(102)는 제2 재료(102)의 염색제 재료(108)에 의해 유발될 수 있는 제1 염색 프로파일을 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 예시적인 양태에서, SCF CO2의 초기 도입(또는 임의의 시점에서의 도입)은 염료를 소스(예컨대, 홀딩 용기)로부터 제2 재료(102)로 운반하여 제2 재료의 염색 프로파일을 증가시킬 수 있고, 또한 소스의 염료와 제2 재료(102)를 이용하여 스풀 재료(104)의 염색 프로파일을 증가시킬 수 있다는 것이 예상된다.
스풀 재료는 직조, 편직, 편조, 코바늘 뜨개질(crocheting), 재봉, 자수 등에 사용하기에 효과적인 연속 얀 형태의 재료일 수 있다. 스풀 재료의 비제한적인 예로는 얀, 실, 로프, 리본, 필라멘트, 및 코드를 포함한다. 스풀 재료는 스풀(예컨대, 원뿔형 또는 원통형) 둘레에 권취될 수 있거나, 또는 스풀 재료는 결과적인 권취 형상을 형성하는 것에 일조하는 이차 지지 구조없이 자체적으로 권취될 수 있다. 스풀 재료는 사실상 유기 또는 합성일 수 있다. 스풀 소재는 복수 개의 개별 재료 집합체 또는 단일 재료 집합체일 수 있다.
도 1에서, 스풀 재료(104)는 제1 표면(124)과 제2 표면(126)을 갖는다. 스풀 재료는 또한 염색제 재료(114)를 이용한 제2 염색 프로파일을 갖는 것으로 도시되어 있다. 예시적인 양태에서, 염색제 재료(114)는 제2 재료(102)를 통과한 SCF CO2에 의해 전사된 염료일 수 있고, 및/또는 이전 작업에서 스풀 재료(104)와 결합된 염료이다.
이와 같이, 도 1은 SCF CO2가 제1 면(120)으로부터 제2 면(122)으로 제2 재료(102)를 통과하는 동시에, SCF CO2(110)에 의해 운반되는 염색제 재료(112)에 의해 도시된 바와 같이 제2 재료로부터 염료를 전사시키는(예컨대, SCF CO2 중에 염료를 용해시키는) SCF CO2 염색 작업을 도시한다. 스풀 재료(104)는 제1 면(124)에서 SCF CO2(예컨대, 110)를 받아들인다. SCF CO2는 염색제 재료(예컨대, 114)가 스풀 재료(104)를 염색하게 하면서 스풀 재료(104)를 통과한다. 예시적인 양태에서, 스풀 재료(104)를 염색하는 염색제 재료는 제2 재료(102)로부터의 염색제 재료일 수 있다. 또한, 스풀 재료(104)를 염색하는 염색제 재료는 추가 재료층 또는 소스로부터의 염색제 재료일 수 있다는 것이 예상된다. 더욱이, SCF CO2는 염색제 재료(예컨대, 116)를 전사하면서 스풀 재료(104)를 통과할 수 있다[예컨대, SCF CO2(118)]. 이 염색제 재료(116)는 다른 재료층 및/또는 제2 재료(102)의 층에 침착될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 SCF CO2가 재료층을 반복적으로 통과함에 따라 상이한 재료층 상에서 염색제 재료의 평형이 달성되는 사이클일 수 있다. 결국, 예시적인 양태에서, 염색제 재료(108, 112, 114, 116)는 구별될 수 없고, 및/또는 서로 다른 재료들 사이에 구별 불가능한 염색 프로파일을 초래할 수 있다는 것이 예상된다. 달리 말하면, 다양한 염료가 SCF 내에서 상이한 용해도를 각각 갖기 때문에, 다양한 재료를 통한 SCF의 유동은 매크로 레벨에서 염료의 균질한 혼합물을 생성하는 염료를 픽업하고 (예컨대, 인간의 눈에) 침착시킨다. 이 사이클은 SCF가 SCF 상태로부터 CO2의 상태 변화와 같이 사이클 프로세스에서 제거될 때까지 계속될 수 있다.
도 1은 사실상 예시적이고, 실척으로 도시되지 않은 프로세스의 예시의 역할을 하도록 의도된다. 따라서, 실제로, 염료(즉, 염색제 재료), 재료, 및 SCF CO2는 실제로 예시적인 양태에서 특별한 장비없이 매크로 규모에서 일반적인 관찰자에게 외관상 구별될 수 없다는 것이 이해된다.
이제, 도 2를 참조하면, 예시적인 설명도가, 본 발명의 양태에 따른, SCF CO2에 의한 제1 재료(1102)로부터 제2 재료(1104)로의 염색제(101)의 전사를 나타낸다. SCF CO2를 이용한 평형 염색에 도입되는 재료는 조성물(예컨대, 면, 양모, 실크, 폴리에스테르, 및/또는 나일론), 기재(예컨대, 직물 및/또는 얀), 제품(예컨대, 신발류 및/또는 의류) 등과 같은 임의의 재료일 수 있다. 예시적인 양태에서, 제1 재료(1102)는 염색제 재료(1108)로 구성된 제1 염색 프로파일을 갖는 폴리에스테르 재료이다. 제1 재료(1102)는 제1 표면(1120), 제2 표면(1122) 및 복수 개의 염색제 재료(1108)를 갖는다. 염료들의 조성물/혼합물일 수 있는 염색제 재료(1108)는 논의 목적을 위해 입상 요소로서 도시되어 있지만, 실제로 염색제 재료(1108)는 하지 재료 기재로부터 매크로 레벨에서 개별적으로 식별 가능하지 않을 수 있다. 또한, 이후에 설명되는 바와 같이, 염료는 재료와 일체형이다는 것이 예상된다. 일체형 염료는 재료와 화학적으로 또는 물리적으로 결합된 염료이다. 일체형 염료는 재료와 화학적으로 또는 물리적으로 결합되지 않는 염료인 비일체형 염료와 비교된다. 비일체형 염료의 예로는 염료가 최소의 기계적 노력으로 제거되도록 재료의 표면 상에 뿌려지고 솔질된 건조 분말형 염료를 포함한다.
도 2에서, SCF CO2(1106)는 단지 논의 목적을 위해 화살표로 도시되어 있다. 실제로, SCF CO2는 도 2에 도시된 바와 같이, 매크로 레벨에서 개별적으로 식별 가능하지 않다. 또한, 염색제 재료(1112 및 1116)는 각각 SCF CO2(1110 및 1116)에 의해 전사되는 것으로 도시되어 있지만, 제시된 바와 같이, 이 예시는 논의의 목적을 위한 것이며 실제의 축척 표현은 아니다.
도 2와 관련하여, SCF CO2(1106)가 제1 재료(1102)로 도입된다. SCF CO2(1106)의 초기 도입은 결합된 염색제 재료가 없는 상태이다(예컨대, 염료가 용해되어 있지 않음). 예시적인 양태에서, SCF CO2(1106)는 제1 면(1120)으로부터 제2 면(1122)으로 제1 재료(1102)를 통과한다. SCF CO2(1106)가 제1 재료(1102)를 통과함에 따라, 제1 재료(1102)를 위한 염색제 재료(1108)(예컨대, 염료)가 SCF CO2와 결합(예컨대, 용해)되는데, 이는 SCF CO2(1110)와 관련되어 염색제 재료(1112)로서 도시되어 있다. 제1 재료(1102)는 제1 재료(1102)의 염색제 재료(1108)에 의해 유발될 수 있는 제1 염색 프로파일을 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 예시적인 양태에서, SCF CO2의 초기 도입(또는 임의의 시점에서의 도입)은 염료를 소스(예컨대, 홀딩 용기)로부터 제1 재료(1102)로 운반하여 제1 재료의 염색 프로파일을 증가시킬 수 있고, 또한 소스의 염료와 제1 재료(1102)를 이용하여 제2 재료(1104)의 염색 프로파일을 증가시킬 수 있다는 것이 예상된다.
제2 재료(1104)는 제1 표면(1124)과 제2 표면(1126)을 갖는다. 제2 재료는 또한 염색제 재료(1114)를 이용한 제2 염색 프로파일을 갖는 것으로 도시되어 있다. 예시적인 양태에서, 염색제 재료(1114)는 제1 재료(1102)를 통과한 SCF CO2에 의해 전사된 염료일 수 있고, 및/또는 이전 작업에서 제2 재료(1104)와 결합된 염료이다.
이와 같이, 도 2는 SCF CO2가 제1 면(1120)으로부터 제2 면(1122)으로 제1 재료(1102)를 통과하는 동시에, SCF CO2(1110)에 의해 운반되는 염색제 재료(1112)에 의해 도시된 바와 같이 제1 재료로부터 염료를 전사시키는(예컨대, SCF CO2 중에 염료를 용해시키는) SCF CO2 염색 작업을 도시한다. 제2 재료(1104)는 제1 면(1124)에서 SCF CO2(예컨대, 1110)를 받아들인다. SCF CO2는 염색제 재료(예컨대, 1114)가 제2 재료(1104)를 염색하게 하면서 제2 재료(1104)를 통과한다. 예시적인 양태에서, 제2 재료(1104)를 염색하는 염색제 재료는 제1 재료(1102)로부터의 염색제 재료일 수 있다. 또한, 제2 재료(1104)를 염색하는 염색제 재료는 추가 재료층 또는 소스로부터의 염색제 재료일 수 있다는 것이 예상된다. 더욱이, SCF CO2는 염색제 재료(예컨대, 1116)를 전사하면서 제2 재료(1104)를 통과할 수 있다[예컨대, SCF CO2(1118)]. 이 염색제 재료(1116)는 다른 재료층 및/또는 제1 재료(1102)의 층에 침착될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 SCF CO2가 재료층을 반복적으로 통과함에 따라 상이한 재료층 상에서 염색제 재료의 평형이 달성되는 사이클일 수 있다. 결국, 예시적인 양태에서, 염색제 재료(1108, 1112, 1114, 1116)는 구별될 수 없고, 및/또는 서로 다른 재료들 사이에 구별 불가능한 염색 프로파일을 초래할 수 있다는 것이 예상된다. 달리 말하면, 다양한 염료가 SCF 내에서 상이한 용해도를 각각 갖기 때문에, 다양한 재료를 통한 SCF의 유동은 매크로 레벨에서 염료의 균질한 혼합물을 생성하는 염료를 픽업하고 (예컨대, 인간의 눈에) 침착시킨다. 이 사이클은 SCF가 SCF 상태로부터 CO2의 상태 변화와 같이 사이클 프로세스에서 제거될 때까지 계속될 수 있다.
도 2는 사실상 예시적이고, 실척으로 도시되지 않은 프로세스의 예시의 역할을 하도록 의도된다. 따라서, 실제로, 염료(즉, 염색제 재료), 재료, 및 SCF CO2는 실제로 예시적인 양태에서 특별한 장비없이 매크로 규모에서 일반적인 관찰자에게 외관상 구별될 수 없다는 것이 이해된다.
또한, 본 명세서에 제공되는 바와 같이, 양태들은 재료에 일체형인 염료를 고려한다. 염료는 일례에서 재료와 물리적으로 또는 화학적으로 결합될 때에 재료에 일체형이다. 다른 예에서, 염료는 염료가 재료 상에 균질화될 때에 재료에 일체형이다. 염료의 균질화(homogenization)는 염료가 단지 재료에 뿌려지거나 달리 느슨하게 도포되는 경우와 같이 염료가 불균일한 방식으로 도포되는 재료와는 대조적이다. 재료와 일체형의 염료의 예는 염료가 재료를 관류하는 경우와 같이 염료가 재료의 섬유 내에 매입되고 유지되는 경우이다.
본 명세서에 사용된 "관류(perfuse)"라는 용어는 재료 위에 및/또는 재료 전체에 걸쳐서 염료와 같은 표면 마감재를 코팅, 침투, 및/또는 확산시키는 것이다. 염료를 재료에 관류하는 것은 당업계에 공지된 바와 같이 오토클레이브(autoclave)와 같은 압력 용기 내에서 일어난다. 또한, SCF 및 SCF 중에 용해된 염료는 당업계에 또한 공지된 바와 같이 순환 펌프로 압력 용기 내에서 순환될 수 있다. 펌프에 의한 압력 용기 내에서 SCF의 순환은 SCF가 압력 용기 내에서 재료를 통과하고 재료 둘레를 지나가게 하여 용해된 염료가 재료를 관류하게 한다. 다르게 말하면, 염료(예컨대, 마감 재료)가 내부에 용해된 SCF CO2로 목표 재료를 관류할 때에, 염료는 목표 재료의 하나 이상의 부분 상에 침착된다. 예컨대, 폴리에스테르 재료는, SCF CO2를 형성하기에 적합한 조건에 노출 될 때에, 염료의 부분이 폴리에스테르 재료를 형성하는 폴리에스테르 섬유가 매립된 상태로 있게 하도록 "개방"될 수 있다. 그러므로, 열, 압력, 순환 유동, 및 시간을 조절하는 것은 SCF, 염료 및 목표 재료에 영향을 미친다. 모든 변수를 조합하여 취하면, SCF CO2가 목표 재료를 관류할 때, 재료 전체에 걸쳐 염료가 침착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 양태에 따른, 복수 개의 스풀 재료(206)와 제2 재료(208)를 지지하는 재료 홀딩 요소(204)를 도시한다. 이 예에서, 복수 개의 스풀 재료(206)는 제1 염색 프로파일을 갖는다. 제1 염색 프로파일은, 예시적인 양태에서, 재료의 천연 상태 외에, 착색 또는 다른 표면 마감재가 없는 프로파일일 수 있다. 복수 개의 스풀 재료(206)는 목표 재료, 즉 의류 또는 신발류과 같은 상품에 사용하기 위한 재료일 수 있다. 제2 재료(208)는 일체형 염료를 갖는 희생 재료일 수 있다. 예컨대, 제2 재료(208)는 미리 염색된(또는 달리 처리된) 재료일 수 있다.
이하에서 논의될 도 4에 대조되는, 도 3에 도시된 예에서, 제2 재료(208)는 스풀 재료(206)와 물리적으로 접촉한다. 이 예에서, 제2 재료(208)의 표면은 스풀 재료(206)의 표면과 접촉한다. 예시적인 양태에서, 물리적 접촉 또는 접촉에 의해 제공되는 근접도는 SCF의 존재 하에 제2 재료(208)로부터 스풀 재료(206)로의 염료의 효율적인 전사를 제공한다. 또한, 염색 목적을 위해 SCF에 노출된 재료의 물리적 접촉은, 예시적인 양태에서, 재료의 치수(예컨대, 재료의 롤 길이)가 최대화될 수 있도록 압력 용기 내의 공간을 효율적으로 사용하게 한다.
예시적인 목적을 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 재료(208)는 스풀 재료(206)보다 체적이 상당히 작다. 이 예에서, 스풀 재료(206)는 목표 재료이다. 따라서, 목표 재료에 대한 체적의 최대화가 바람직할 수 있다. 일부 압력 용기는 체적이 제한되어 있으므로, 희생 재료에 의해 소비되는 제한된 체적의 일부는 목표 재료에 의해 사용 가능한 체적을 제한한다. 이와 같이, 예시적인 양태에서, 희생 재료(또는 복수 개의 희생 재료)는 공통의 압력 용기 내에 위치 설정될 때에 목표 재료보다 체적(예컨대, 야디지(yardage))이 작다. 또한, 예시적인 재료 홀딩 요소(204)가 도시되어 있지만, 홀딩 요소의 대안적인 구성이 실행될 수 있다는 것이 예상된다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른, 스풀 재료(207)와 제2 재료(209)를 또한 지지하는 재료 홀딩 요소를 도시한다. 스풀 재료(207) 및 제2 재료(209)는 공통의 홀딩 요소 상에 도시되어 있지만, 물리적으로 분리된 홀딩 요소가 대안의 예시적인 양태에서 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 스풀 재료(207)는 제1 염색 프로파일을 갖고 제2 재료(209)는 제2 염색 프로파일을 갖는다. 특히, 스풀 재료(207) 또는 제2 재료(209) 중 적어도 하나는 일체형 염료를 갖는다. 근접도 또는 물리적 접촉이 다수의 재료로 도시되어 있는 도 3과 대조적으로, 도 4의 재료는 서로 직접적으로 접촉되어 있지 않다. 예시적인 양태에서, 물리적 접촉의 결여는 다른 재료(들)의 상당한 물리적 조작없이 적어도 하나의 재료의 효율적인 대체 및 조작을 허용한다. 예컨대, 제2 재료(209)가 제1 착색을 갖는 염색 프로파일을 갖는 경우, 제2 재료의 염료의 적어도 일부가 SCF 염색 프로세스에서 스풀 재료(207)를 관류하도록 스풀 재료(207)와 함께 처리되고, 제2 재료(209)는 제2 재료(209)의 염료에 후속하여 스풀 재료(207)에 관류되는 것이 바람직한 다른 염색 프로파일 (예컨대, DWR과 같은 재료 처리)을 갖는 제3 재료로 제거 후 대체될 수 있다. 달리 말하면, 도 4에 도시되고 일반적으로 논의된 물리적 관계는 재료의 개별적인 조작이 달성될 수 있기 때문에 제조 및 처리에 효율적일 수 있다.
스풀 재료(207) 및 제2 재료(209)는 공통의 재료 홀딩 요소(204) 상에 도시되어 있지만, 예시적인 양태에서, 스풀 재료(207)는 제1 홀딩 요소 상에 있고 제2 재료(209)는 제1 홀딩 요소와 상이한 제2 홀딩 요소 상에 있다는 것이 예상된다.
단 2개의 재료만이 도 3 및 도 4에 도시되어 있지만, 임의의 갯수의 재료가 SCF(또는 SCF 근처)에 동시에 노출될 수 있다는 것이 이해된다. 예컨대, 일체형 염료를 갖는 2개 이상의 희생 재료가 희생 재료의 염료로 관류되도록 의도된 목표 재료를 갖는 공통의 압력 용기 내에 배치되는 것이 예상된다. 또한, 재료의 양은 도 3 또는 도 4에 도시된 비율로 제한되지 않는다는 것이 예상된다. 예컨대, 목표 재료의 체적은 희생 재료의 체적보다 훨씬 더 클 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 희생 재료의 체적은 목표 재료(들)의 원하는 염색 프로파일을 달성하도록 조절될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 희생 재료의 염색 프로파일(예컨대, 농도, 착색 등) 및 목표 재료의 체적에 추가하여 목표 재료에 대한 원하는 염색 프로파일에 따라, 희생 재료의 양은 원하는 SCF 염색 결과를 달성하도록 조절될 수 있다. 유사하게, 제2 재료(또는 제1 재료)의 염색 프로파일은 원하는 염색 프로파일 및/또는 염색 프로세스에 포함된 재료의 체적에 기초하여 조절된다는 것이 예상된다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른, 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)를 지지하는 빔(1204) 등의 재료 홀딩 요소를 도시한다. 이 예에서, 제1 재료(1206)는 제1 염색 프로파일을 갖는다. 제1 염색 프로파일은, 예시적인 양태에서, 재료의 천연 상태 외에 착색이 없는 프로파일일 수 있다. 제1 재료(1206)는 목표 재료, 즉 의류 또는 신발류과 같은 상품에 사용하기 위한 재료일 수 있다. 제2 재료(1208)는 일체형 염료를 갖는 희생 재료일 수 있다. 예컨대, 제2 재료(1208)는 미리 염색된(또는 달리 처리된) 재료일 수 있다.
이하에서 논의될 도 6에 대조되는, 도 5에 도시된 예에서, 제2 재료(1208)는 제1 재료(1206)와 물리적으로 접촉한다. 이 예에서, 제2 재료(1208)의 표면은 제1 재료(1206)의 표면과 접촉한다. 예시적인 양태에서, 물리적 접촉 또는 접촉에 의해 제공되는 근접도는 SCF의 존재 하에 제2 재료(1208)로부터 제1 재료(1206)로의 염료의 효율적인 전사를 제공한다. 또한, 염색 목적을 위해 SCF에 노출된 재료의 물리적 접촉은, 예시적인 양태에서, 재료의 치수(예컨대, 재료의 롤 길이)가 최대화될 수 있도록 압력 용기 내의 공간을 효율적으로 사용하게 한다.
예시적인 목적을 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 재료(1208)는 제1 재료(1206)보다 체적이 상당히 작다. 이 예에서, 제1 재료(1206)는 목표 재료이다. 따라서, 목표 재료에 대한 체적의 최대화가 바람직할 수 있다. 일부 압력 용기는 체적이 제한되어 있으므로, 희생 재료에 의해 소비되는 제한된 체적의 일부는 목표 재료에 의해 사용 가능한 체적을 제한한다. 이와 같이, 예시적인 양태에서, 희생 재료(또는 복수 개의 희생 재료)는 공통의 압력 용기 내에 위치 설정될 때에 목표 재료보다 체적(예컨대, 야디지(yardage))이 작다. 제2 재료(1208)는 제1 재료(1206)에 비해 빔(1204)의 외측 위치 상에 도시되어 있지만, 희생 재료는 목표 재료에 비해 빔(1204) 상에 더 안쪽으로 위치 설정될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 예시적인 빔(1204)이 도시되어 있지만, 홀딩 요소의 대안적인 구성이 실행될 수 있다는 것이 예상된다.
도 6은 본 발명의 양태에 따른, 제1 재료(1207)와 제2 재료(1209)를 또한 지지하는 빔(1204) 등의 재료 홀딩 요소를 도시한다. 제1 재료(1207) 및 제2 재료(1209)는 공통의 홀딩 요소 상에 도시되어 있지만, 상이한 홀딩 요소가 대안의 예시적인 양태에서 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 제1 재료(1207)는 제1 염색 프로파일을 갖고 제2 재료(1209)는 제2 염색 프로파일을 갖는다. 특히, 제1 재료(1207) 또는 제2 재료(1209) 중 적어도 하나는 일체형 염료를 갖는다. 근접도 또는 물리적 접촉이 다수의 재료로 도시되어 있는 도 5와 대조적으로, 도 6의 재료는 서로 직접적으로 접촉되어 있지 않다. 예시적인 양태에서, 물리적 접촉의 결여는 다른 재료(들)의 상당한 물리적 조작없이 적어도 하나의 재료의 효율적인 대체 및 조작을 허용한다. 예컨대, 제2 재료(1209)가 제1 착색을 갖는 염색 프로파일을 갖는 경우, 제2 재료의 염료의 적어도 일부가 SCF 염색 프로세스에서 제1 재료(1207)를 관류하도록 제1 재료(1207)와 함께 처리되고, 제2 재료(1209)는 제2 재료(1209)의 염료에 후속하여 제1 재료(1207)에 관류되는 것이 바람직한 다른 염색 프로파일 (예컨대, DWR과 같은 재료 처리)을 갖는 제3 재료로 제거 후 대체될 수 있다. 달리 말하면, 예시적인 양태에서, 도 6에 도시되고 일반적으로 논의된 물리적 관계는 재료의 개별적인 조작이 달성될 수 있기 때문에 제조 및 처리에 효율적일 수 있다.
제1 재료(1207) 및 제2 재료(1209)는 유사한 체적의 재료를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 제1 재료(1207)는 예시적인 양태에서 희생 재료로서 기능할 수 있는 제2 재료(1209)보다 실질적으로 더 큰 체적의 재료를 가질 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 제1 재료(1207) 및 제2 재료(1209)는 공통의 홀딩 요소 상에 도시되어 있지만, 예시적인 양태에서, 제1 재료(1207)는 제1 홀딩 요소 상에 있고 제2 재료(1209)는 제1 홀딩 요소와 상이한 제2 홀딩 요소 상에 있다는 것이 예상된다.
단 2개의 재료만이 도 5 및 도 6에 도시되어 있지만, 임의의 갯수의 재료가 SCF(또는 SCF 근처)에 동시에 노출될 수 있다는 것이 이해된다. 예컨대, 일체형 염료를 갖는 2개 이상의 희생 재료가 희생 재료의 염료로 관류되도록 의도된 목표 재료를 갖는 공통의 압력 용기 내에 배치되는 것이 예상된다. 또한, 재료의 양은 도 5 또는 도 6에 도시된 비율로 제한되지 않는다는 것이 예상된다. 예컨대, 목표 재료의 체적은 희생 재료의 체적보다 훨씬 더 클 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 희생 재료의 체적은 목표 재료(들)의 원하는 염색 프로파일을 달성하도록 조절될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 희생 재료의 염색 프로파일(예컨대, 농도, 착색 등) 및 목표 재료의 체적에 추가하여 목표 재료에 대한 원하는 염색 프로파일에 따라, 희생 재료의 양은 원하는 SCF 염색 결과를 달성하도록 조절될 수 있다. 유사하게, 제2 재료(또는 제1 재료)의 염색 프로파일은 원하는 염색 프로파일 및/또는 염색 프로세스에 포함된 재료의 체적에 기초하여 조절된다는 것이 예상된다.
도 5 및 도 6에 예시되었고 도 7 및 도 8에 예시되는 바와 같이, 홀딩 요소 둘레에서 제1 재료와 제2 재료의 다양한 결합이 예상된다. 이미 제공된 바와 같이, 제1 재료(1206) 및/또는 제2 재료(1208)는 편직, 제직, 또는 달리 구성되는 임의의 재료 직물일 수 있다. 재료는 임의의 유기 또는 합성 재료로 형성될 수 있다. 재료는 예시적인 양태에서 임의의 염색 프로파일을 가질 수 있다. 염색 프로파일은 임의의 염색으로 형성된 임의의 염색 유형을 포함할 수 있다. 예시적인 양태에서, 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)는 폴리에스테르 제직 재료이다.
SCF CO2는 폴리에스터가 수정된 분산 염료로 염색되게 한다. 이는 SCF CO2 및/또는 CO2의 SCF 상태를 야기하는 조건이 재료의 폴리에스테르 섬유를 팽윤되게 하기 때문에 발생되고, 이로 인해 염료가 확산되어 기공 및 폴리에스테르 섬유의 모세관 구조에 침투되게 한다. 반응성 염료는 하나 이상의 재료의 조성이 셀룰로오스일 때에 유사하게 사용될 수 있는 것으로 예상된다. 예시적인 양태에서, 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)는 염료가 양쪽 재료를 염색하는 데에 효과적이도록 공통의 재료 유형으로 형성된다. 재료들 중 하나가 본질상 염색제 담체로서 희생되는 경우와 같은 대안적인 양태에서, 염료는 목표 재료보다 희생 재료에 대한 친화성이 낮을 수 있고, 이는 SCF CO2의 염색 속도를 증가시킬 수 있다. 일례는 본질상 셀룰로오스인 제1 재료와 폴리에스테르 재료인 제2 재료 및 염료가 제1 재료에 비해 폴리에스테르 재료(이 예에서)에 대해 더 큰 친화성을 갖도록 분산된 염료 유형인 제1 재료와 관련된 염료를 포함할 수 있다. 이 예에서, 감소된 염색 시간이 제2 재료의 원하는 염료 프로파일을 달성하도록 경험될 수 있다.
도 10은 본 발명의 양태에 따른, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같은 스풀 재료를 염색하는 예시적인 방법의 흐름도(300)를 도시한다. 블럭(302)에서, 복수 개의 스풀 재료와 제2 재료가 압력 용기 내에 위치 설정된다. 예시적인 양태에서, 스풀 재료는 복수 개의 스풀 재료가 공통 시간에 압력 용기 내에 위치되게 하는 고정 장치 상에 유지될 수 있다. 게다가, 고정 장치는 스풀 재료를 압력 용기의 내벽에 대해 뿐만 아니라 다른 스풀 재료에 대해 적절한 위치에 위치 설정시키는 데에 효과적이라는 것이 예상된다. 예시적인 양태에서, 재료 마감재로 관류될 재료에 의한 압력 용기의 내벽과의 접촉을 피함으로써 재료가 재료 마감재로 관류되게 한다. 전술한 바와 같이, 스풀 재료는 용기 내에 위치 설정되기 전에 빔 둘레에 권취될 수 있다. 재료는 재료를 공통의 그룹으로서 압력 용기 내로 이동시킴으로써 용기 내에 위치 설정될 수 있다. 또한, 재료가 다양한 방식(예컨대, 수직, 적층, 수평, 및/또는 오프셋 방식)으로 고정 장치 상에 유지될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 재료는 상이한 고정 장치 상에 유지되고 공통의 압력 용기 내에 위치 설정될 수 있다는 것이 예상된다.
블럭(304)에서, 압력 용기는 가압될 수 있다. 예시적인 양태에서, 재료는 압력 용기 내에 로딩된 다음, 압력 용기가 밀봉 및 가압된다. 삽입된 CO2를 SCF 상으로 유지하기 위해, 예시적인 양태에서, 압력은 임계점(예컨대, 73.87 bar) 이상으로 상승된다.
압력 용기가 압력을 받는 방법에 관계없이, 블럭(306)에서, SCF CO2는 압력 용기 내로 도입된다. 이 SCF CO2는 압력 용기 내에 유지되는 CO2를 제1 상태(즉, 액체, 기체, 또는 고체)로부터 SCF 상태로 천이시킴으로써 도입될 수 있다. 알겠지만, 상태 변화는 SCF 상 변화를 위한 충분한 압력 및/또는 온도를 달성함으로써 달성될 수 있다. 하나 이상의 가열 요소가 압력 용기의 내부 온도를 충분한 온도(예컨대, 304 K, 30.85 ℃)로 상승시키도록 결합되는 것이 예상된다. 하나 이상의 가열 요소는 또한 예시적인 양태에서 CO2가 압력 용기 내에 도입될 때에(또는 그 전에) CO2를 가열시킬 수 있다.
블럭(308)에서, SCF CO2는 복수의 스풀 재료 및 제2 재료 각각을 통과한다. SCF CO2가 다른 염료 프로파일을 가질 수 있는 재료를 통과하는 동안, 염료는 재료들 사이에서 전사되고 재료(들)를 관류한다. 예시적인 양태에서, 염료는 SCF CO2가 염료를 위한 용매 및 담체로서 기능하도록 SCF CO2 내에 용해된다. 또한, SCF CO2의 온도 및 압력 때문에, 재료는 일시적으로 염료에 의한 염색을 더 잘 받아들이도록 변경(예를 들어, 팽창, 개방, 팽윤)될 수 있다.
SCF CO2의 통과는 SCF CO2가, 예시적인 양태에서, 순환 펌프를 갖는 폐쇄 시스템에서와 같이 재료를 여러 번 통과하는 사이클이라는 것이 예상된다. 이 순환은 염색을 달성하는 데에 일조할 수 있다. 일 양태에서, SCF는 물질을 통해 일정 시구간(예컨대, 60 분, 90 분, 120 분, 180 분, 240 분) 동안 순환된 다음, SCF CO2는 온도 및/또는 압력을 강하시킴으로써 상태를 (예컨대, 액체 CO2로) 변경하게 된다. SCF 상태로부터 CO2의 상태를 변화시킨 후에, 염료는 예시적인 양태에서 비-SCF CO2에서 더 이상 용해되지 않는다. 예컨대, 염료는 SCF CO2에 용해될 수 있지만, CO2가 액체 CO2로 천이되면, 염료는 더 이상 액체 CO2에 용해되지 않는다.
블럭(310)에서, 복수 개의 스풀 재료와 제2 재료는 압력 용기로부터 취출된다. 예시적인 양태에서, 압력 용기 내의 압력은 대기압 근처로 감소되고 CO2는 후속 염색 작업에서 잠재적인 재사용을 위해 압력 용기로부터 재포획된다. 일례에서, 재료를 고정시키는 고정 장치는 원하는 염색 프로파일이 하나 이상의 재료에 대해 달성된 후에 용기 밖으로 이동될 수 있다.
특정 단계들이 도 10에서 논의되고 도시되었지만, 본 발명의 양태들을 달성하기 위해 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 단계들이 도입될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 나열된 단계들 중 하나 이상이 본 명세서에 제공된 양태들을 달성하기 위해 함께 생략될 수 있다는 것이 예상된다.
도 11은 본 발명의 양태에 따른, 희생 재료를 이용하여 스풀 재료에 재료 마감재를 도포하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도(400)를 도시한다. 블럭(402)에서, 표면 마감재를 갖는 희생 재료 및 복수 개의 스풀 재료가 공통의 압력 용기 내에 위치 설정된다. 전술한 바와 같이, 위치 설정은 수동적 또는 자동적일 수 있다. 위치 설정은 또한 희생 재료 및/또는 복수 개의 스풀 재료들 중 하나 이상이 위치 설정을 위해 고정되는 공통의 고정 장치를 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 희생 재료는 가압 용기 내에 위치 설정될 때에 스풀 재료와 접촉되거나 물리적으로 분리되는 것이 예상된다.
전술한 바와 같이, 희생 재료의 재료 마감재는 착색제(예컨대, 염료), 친수성 마감재, 소수성 마감재, 및/또는 항균성 마감재일 수 있다. 이하, 도 12에 예시된 바와 같이, 다수의 희생 재료가 복수 개의 스풀 재료와 함께 공통 시간에 압력 용기 내에 위치 설정될 수 있다는 것이 예상된다. 대안적으로, 희생 재료는 복수 개의 스풀 재료에 도포되도록 의도된 2개 이상의 재료 마감재를 포함할 수 있다. 예컨대, 착색제와 친수성 마감재 모두는 희생 재료에 의해 유지될 수 있고, 예시적인 양태에서, SCF의 관류를 통해 스풀 재료에 도포될 수 있다.
블럭(404)에서, 이산화탄소가 압력 용기로 도입된다. CO2는 도입될 때에 액체 또는 기체 상태일 수 있다. 또한, 압력 용기는 CO2의 도입 시에 밀폐되어 압력 용기 내에 CO2를 유지하는 것이 예상된다. 압력 용기는 CO2가 도입될 때에 대기압 상태일 수 있다. 대안적으로, 압력 용기는 CO2가 도입될 때에 대기압 초과 또는 미만일 수 있다.
블럭(406)에서, 압력 용기는 가압되어 도입된 CO2가 SCF(또는 그 근처) 상태를 달성하게 한다. 또한, CO2의 SCF 상태를 달성하는 데에 일조하도록 열 에너지가 압력 용기에(또는 그 내부에) 인가되는 것이 예상된다. 전술한 바와 같이, 도 9의 상태도는 SCF 상태를 달성하기 위한 온도와 압력 사이의 추세를 도시한다. 일 양태에서, 압력 용기는 적어도 73.87 bar로 가압된다. 이 가압은 압력 용기의 내부 압력이 적어도 CO2의 임계점 압력과 같은 원하는 압력에 도달할 때까지 대기 및/또는 CO2의 주입에 의해 달성될 수 있다.
블럭(408)에서, 복수 개의 스풀 재료는 희생 재료로부터의 재료 마감재의 적어도 일부로 관류된다. 재료 마감재는 SCF CO2를 통해 복수 개의 스풀 소재로 전사된다. 전술한 바와 같이, SCF CO2는 희생 재료로부터 복수 개의 스풀 재료까지의 재료 마감재를 위한 운반 메카니즘으로서 기능한다. 이는 희생 재료와 복수 개의 스풀 재료 모두를 관류하도록, 예컨대 순환 펌프에 의해 SCF를 압력 용기 내에서 순환시킴으로써 도움을 받을 수 있다. 재료 마감재는 SCF 내에 적어도 부분적으로 용해되어, 희생 재료와 결합된 것으로부터 재료 마감재의 해제가 복수 개의 스풀 재료 상에/스풀 재료 내에 침착되게 할 수 있다는 것이 예상된다. 복수 개의 스풀 재료에 대한 재료 마감재의 일관된 도포를 보장하기 위해, 재료 마감재는 희생 재료에 일체형일 수 있으며, 이는 재료 마감의 의도된 양이 압력 용기 내에 도입되는 것을 보장한다. 충분한 양의 재료 마감재가 스풀 재료를 관류할 때까지 재료 마감재의 전사가 계속될 수 있다.
도 11에서 특정 참조가 하나 이상의 단계에 대해 이루어지지만, 본 명세서에서 제공되는 양태를 달성하면서 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 단계가 실행될 수 있다는 것이 예상된다. 이와 같이, 블럭들은 본 명세서의 범위 내에 여전히 있으면서 추가되거나 생략될 수 있다.
도 12는 본 발명의 양태에 따른, 제1 및 제2 희생 재료로부터 스풀 재료에 적어도 2개의 재료 마감재를 적용하는 방법을 예시하는 흐름도(500)를 도시한다. 블럭(502)은 스풀 재료, 제1 희생 재료 및 제2 희생 재료를 공통의 압력 용기 내에 위치 설정하는 단계를 도시한다. 제1 희생 재료는 제1 재료 마감재를 갖고 제2 희생 재료는 제2 재료 마감재를 갖는다. 예컨대, 위에서 제공된 바와 같이, 제1 재료 마감재는 제1 염색 프로파일이고 제2 재료 마감재는 제2 염색 프로파일이며, 스풀 재료로 관류될 때에, 제3 염색 프로파일을 초래한다는 것이 예상된다. 이전의 예는 여기에 뿐만 아니라 제1 염색 프로파일이 적색 착색제이고 제2 염색 프로파일이 청색 착색제인 경우에 적용되어, 적색 및 청색 착색제 모두가 스풀 재료를 관류할 때에 스풀 재료는 보라색으로 착색된다. 대안적인 예에서, 제1 재료 마감재는 항균성 마감재일 수 있고 제2 재료 마감재는 소수성 재료 마감재일 수 있어, 스풀 재료는 공통의 도포 프로세스에서 양쪽 재료 마감재를 획득하고, 이는 마감 처리 시간을 단축시킨다. 특정 재료 마감재가 조합하여 제공되는 동안, 임의의 조합이 스풀 재료에 적용하도록 공통 시간에 SCF에 노출될 수 있다는 것이 인지된다.
제1 및 제2 희생 재료가 논의되지만, 임의의 갯수의 희생 재료가 제공될 수 있다. 또한, 제1 희생 재료의 양과 제2 희생 재료의 양은 스풀 재료에 도포되기를 원하는 각각의 재료 마감재의 원하는 양에 따라 다르다는 것이 예상된다. 더욱이, 희생 재료는 또한 압력 용기 내의 다른 재료로부터 재료 마감재의 일부를 유지할 것으로 예상된다. 따라서, 압력 용기에 삽입되는 표면 마감재의 양을 결정할 때에, 희생 재료를 포함하는 모든 재료의 체적이 고려된다는 것이 예상된다.
블럭(504)에서, 압력 용기는 가압되어 압력 용기 내의 CO2가 그 안에서 SCF 상태를 달성한다. 그 다음, SCF는 블럭(506)에 도시된 바와 같이, 제1 희생 재료의 재료 마감재 및 제2 재료의 제2 재료 마감재를 스풀 재료에 투여하는 데에 효과적이다.
도 12에서 특정 참조가 하나 이상의 단계에 대해 이루어지지만, 본 명세서에서 제공되는 양태를 달성하면서 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 단계가 실행될 수 있다는 것이 예상된다. 이와 같이, 블럭들은 본 명세서의 범위 내에 여전히 있으면서 추가되거나 생략될 수 있다.
도 7은 본 발명의 양태에 따른, 평형 염색을 위해 빔(1204) 상에 서로 표면 접촉을 갖는 다수의 재료들의 제1 예시적인 권선(1300)을 도시한다. 권선(1300)은 빔(1204), 제1 재료(1206), 및 제2 재료(1208)로 구성된다. 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)는 빔(1204)에 대한 상대 위치를 예시하기 위해 단면으로 되어 있다. 이 권선에서, 제1 재료(1206)의 전체는 제2 재료(1208)가 제1 재료(1206) 둘레에 권취되기 전에 빔(1204) 둘레에 권취된다. 달리 말하면, SCF CO2(1302)는 SCF CO2 + 염색제(1304)로서 제 2 재료(1208)를 통과하기 전에 실질적으로 제1 재료(1206)의 권취 두께를 통과한다. 이어서, SCF CO2는 제2 재료(1208)로부터 SCF CO2 + 염색제(1306)로서 배출되고, 이후에 하나 이상의 추가 또는 다른 재료(예컨대, 제1 재료(1206))를 통해 재순환될 수 있다. 따라서, 예시적인 양태에서 SCF가 상태를 변화시키도록 온도 또는 압력이 변화될 때까지 SCF CO2 + 염색제가 압력 용기 내의 재료를 관류시키는 사이클이 형성되고, 이때에, 염료는 SCF 상태 변화의 시점에서 염료가 접촉하는 재료와 일체형이 된다.
이 예시된 예에서, 제1 재료(1206)의 마지막 턴은 제2 재료(1208)의 제1 턴의 표면과 직접 접촉하는 표면을 노출시킨다. 달리 말하면, 권선(1300)의 도시된 일련의 롤링은 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208) 사이의 제한된, 그러나 이용 가능한 직접 접촉을 허용한다. 이 직접적인 접촉은 염색제 담체 또는 염료가 염색될 재료로부터 물리적으로 분리되는 대안적인 양태와 구별될 수 있다. 이와 같이, 염색될 재료와 염료를 갖는 재료 사이의 직접적인 접촉은, 예시적인 양태에서, 염색 시간을 감소시키고 잠재적인 세정 및 유지 시간을 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 양태에 따른, SCF 염색을 위해 빔(1204) 상에 다수의 재료들의 제2 예시적인 권선(1401)을 도시한다. 권선(1401)은 빔(1204), 제1 재료(1206), 및 제2 재료(1208)로 구성된다. 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)는 빔(1204)에 대한 상대 위치를 예시하기 위해 단면으로 되어 있다. 이 권선에서, 제1 재료(1206)는 제2 재료(1208)와 함께 빔(1204) 둘레에 동시에 권취된다. 달리 말하면, SCF CO2(1407)는 제1 재료(1206)와 제2 재료(1208)의 교대하는 층을 통과하여, 각각의 재료의 다중 턴이 빔(1204)을 중심으로 권취될 때에 다른 재료와 접촉하기 때문에 재료들 간의 직접적인 다중 접촉을 허용한다. 이 예에서, SCF CO2(1407)는 염료 공급원과 목표로부터의 일관된 거리(예컨대, 1 재료 두께 거리) 때문에 잠재적으로 보다 짧은 사이클에서 염료의 전사를 달성하도록 재료들 사이에 염료를 전사한다. SCF CO2 + 염색제(1405)는 재료를 통한 재순환 및 염료의 추가 평형 전파를 위해 재료(예컨대, 제2 재료(1208))로부터 배출될 수 있다.
단 2개의 재료만이 도 7 및 도 8에 도시되어 있지만, 추가의 예시적인 양태에서, 임의의 갯수의 재료가 임의의 방식으로 서로에 대해 권취될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 물리적 배열의 조합이 재료들에 대해 실행될 수 있다는 것이 생각된다. 예컨대, 목표 재료가 희생 재료와 접촉하지 않으면서, 2개 이상의 희생 재료가 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다는 것이 이해된다. 달리 말하면, 본 발명의 양태에 따라, 하나 이상의 재료가 서로 물리적으로 접촉할 수 있지만, 하나 이상의 재료는 공통의 SCF 염색 프로세스 동안 공통의 압력 용기 내에서 서로 물리적으로 분리될 수 있다는 것이 예상된다.
도 13은 본 발명의 양태에 따른, 재료를 평형 염색하는 예시적인 방법의 흐름도(508)를 도시한다. 블럭(510)에서, 제1 재료와 제2 재료가 압력 용기 내에 위치 설정된다. 전술한 바와 같이, 재료들은 용기 내에 위치 설정되기 전에 빔 둘레에 권취될 수 있다. 재료들은 재료들을 함께 롤링된 상태로 압력 용기 내로 이동시킴으로써 위치 설정될 수 있다. 또한, 재료가 다양한 방식으로(예컨대, 직렬로, 평행하게) 빔 둘레에 권취될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 재료는 상이한 홀딩 장치 상에 유지되고 공통의 압력 용기 내에 위치 설정될 수 있다는 것이 예상된다.
블럭(512)에서, 압력 용기는 가압될 수 있다. 예시적인 양태에서, 재료는 압력 용기 내에 로딩된 다음, 압력 용기가 밀봉 및 가압된다. 삽입된 CO2를 SCF 상으로 유지하기 위해, 예시적인 양태에서, 압력은 임계점(예컨대, 73.87 bar) 이상으로 상승된다.
압력 용기가 압력을 받는 방법에 관계없이, 블럭(514)에서, CO2는 압력 용기 내로 도입(또는 재순환)된다. 이 CO2는 압력 용기 내에 유지되는 CO2를 제1 상태(즉, 액체, 기체, 또는 고체)로부터 SCF 상태로 천이시킴으로써 도입될 수 있다. 알겠지만, 상태 변화는 SCF 상 변화를 위한 충분한 압력 및/또는 온도를 달성함으로써 달성될 수 있다. 하나 이상의 가열 요소가 압력 용기의 내부 온도를 충분한 온도(예컨대, 304 K, 30.85 ℃)로 상승시키도록 결합되는 것이 예상된다. 하나 이상의 가열 요소는 또한(또는 대안적으로) 예시적인 양태에서 CO2가 압력 용기 내에 도입될 때에(또는 그 전에) CO2를 가열시킬 수 있다. COb의 도입은 가압 중, 가압 전, 및/또는 가압 후에 발생할 수 있다.
블럭(516)에서, SCF CO2는 제1 재료와 제2 재료를 통과한다. 예시적인 양태에서, SCF CO2는 하나 이상의 재료가 권취되는 빔으로 펌핑된다. SCF CO2는 빔으로부터 재료로 배출된다. SCF CO2가 다른 염료 프로파일을 가질 수 있는 재료를 통과하는 동안, 염료는 재료들 사이에서 전사되고 재료(들)를 관류한다. 예시적인 양태에서, 염료는 SCF CO2가 염료를 위한 용매 및 담체로서 기능하도록 SCF CO2 내에 용해된다. 또한, SCF CO2의 온도 및 압력 때문에, 재료는 일시적으로 염료에 의한 염색을 더 잘 받아들이도록 변경(예를 들어, 팽창, 개방, 팽윤)될 수 있다.
SCF CO2의 통과는 SCF CO2가, 예시적인 양태에서, 순환 펌프를 갖는 폐쇄 시스템에서와 같이 재료를 여러 번 통과하는 사이클이라는 것이 예상된다. 이 순환은 염색을 달성하는 데에 일조할 수 있다. 일 양태에서, SCF는 물질을 통해 일정 시구간(예컨대, 60 분, 90 분, 120 분, 180 분, 240 분) 동안 순환된 다음, SCF CO2는 온도 및/또는 압력을 강하시킴으로써 상태를 (예컨대, 액체 CO2로) 변경하게 된다. SCF 상태로부터 CO2의 상태를 변화시킨 후에, 염료는 예시적인 양태에서 비-SCF CO2에서 더 이상 용해되지 않는다. 예컨대, 염료는 SCF CO2에 용해될 수 있지만, CO2가 액체 또는 기체 CO2로 천이되면, 염료는 더 이상 액체 또는 기체 CO2에 용해되지 않는다. CO2가 상 변화(예컨대, 감압) 중에 손실되는 CO2를 감소시키기 위해 내적으로 순환되고(재료 홀더 또는 빔을 통과) 및/또는 CO2가 재포획 프로세스로서 순환되는 것이 또한 고려된다.
블럭(518)에서, 제1 재료와 제2 재료는 압력 용기로부터 취출된다. 예시적인 양태에서, 압력 용기 내의 압력은 대기압 근처로 감소되고 CO2는 후속 염색 작업에서 잠재적인 재사용을 위해 압력 용기로부터 재포획된다. 일례에서, 재료가 권취되어 있는 빔은 원하는 염색 프로파일이 하나 이상의 재료에 대해 달성된 후에 용기 밖으로 이동될 수 있다.
특정 단계들이 도 13에서 논의되고 도시되었지만, 본 발명의 양태들을 달성하기 위해 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 단계들이 도입될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 나열된 단계들 중 하나 이상이 본 명세서에 제공된 양태들을 달성하기 위해 함께 생략될 수 있다는 것이 예상된다.
도 14는 본 발명의 양태에 따른, 재료를 SCF CO2로 염색하는 방법의 흐름도(1400)를 도시한다. 방법은 적어도 2개의 상이한 시작 위치를 갖는다. 블럭(1402)에 나타낸 제1 방안은 빔 둘레에 제1 재료의 권선이다. 블럭(1404)에서, 제2 재료는 블럭(1402)으로부터의 제1 재료 둘레에 권취된다. 블럭(1402, 1404)은 도 7 및 도 8에 대략적으로 도시된 것과 유사한 권선을 초래할 수 있다.
변형예에서, 도 14의 제2 시작 위치는 블럭(1403)에서 빔과 같은 홀딩 장치 둘레에서 제1 재료의 권선, 및 홀딩 장치 둘레에서 제2 재료의 권선으로 표현되며, 홀딩 장치는 제1 재료가 배치되는 동일하거나 상이한 홀딩 장치일 수 있다. 블럭(1403)으로 나타낸 단계에서, 제1 재료와 제2 재료는 서로 물리적으로 접촉하지 않는다. 블럭(1403)에 의해 제공되는 단계는 도 6에 대략적으로 나타낸 재료 위치 설정을 초래할 수 있다.
제1 및 제2 시작 위치 모두에서, 블럭(1406)에 나타낸 바와 같이, 다수의 재료는 공통의 압력 용기 내에 위치 설정하기 위한 하나 이상의 홀딩 장치 둘레에 한가지 방식 또는 다른 방식으로 권취된다.
블럭(1408)에서, 압력 용기는 적어도 73.87 bar로 가압된다. 이 가압은 압력 용기의 내부 압력이 적어도 CO2의 임계점 압력과 같은 원하는 압력에 도달할 때까지 대기 및/또는 CO2의 주입에 의해 달성될 수 있다. 예컨대, CO2는 적절한 압력이 압력 용기 내에 달성될 때까지 펌프에 의해 압력 용기 내로 삽입된다.
블럭(1410)에서, SCF CO2는 제1 재료 및 제2 재료 중 적어도 하나에 대한 염색 프로파일의 변화를 유발하기 위해 제1 재료 및 제2 재료를 통과한다. 염색제 전사는 염료가 원하는 염색 프로파일을 충분히 달성하도록 재료(들)를 관류할 때까지 계속될 수 있다. 예시적인 양태에서, 내부 재순환 펌프는 평형 염색을 달성하기 위해 SCF CO2를 빔 및 권취된 재료를 통해 여러 번 순환시키는 데에 효과적인 것으로 예상된다. 이 내부 재순환 펌프는 SCF CO2의 원하는 유량을 달성하도록 조절될 수 있다. 내부 재순환 펌프에 의해 제공되는 유량은 재료의 양, 재료의 밀도, 재료의 투과도 등에 의해 영향을 받을 수 있다.
블럭(1412)에서, 제1 재료 및 제2 재료는 블럭(1402, 1403, 또는 1404)에 존재하는 재료의 컬러 프로파일에 대해 재료의 컬러 프로파일(예컨대, 염색 프로파일)이 상이하도록 압력 용기로부터 취출된다. 달리 말하면, 재료를 통과하는 SCF CO2의 완성 시에, 재료 중 적어도 하나의 염색 프로파일은 SCF CO2에 의해 염색되었음을 반영하도록 변화한다.
도 14에서 특정 참조가 하나 이상의 단계에 대해 이루어지지만, 본 명세서에서 제공되는 양태를 달성하면서 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 단계가 실행될 수 있다는 것이 예상된다. 이와 같이, 블럭들은 본 명세서의 범위 내에 여전히 있으면서 추가되거나 생략될 수 있다.
프로세스
재료 염색 또는 마감 처리 용례에서 SCF CO2를 사용하는 프로세스는 다수의 변수의 조작에 따라 좌우된다. 변수는 시간, 압력, 온도, CO2의 양, 및 CO2의 유량, 시간 경과에 따른 하나 이상의 변수의 변화율(예컨대, 분당 압력 변화율, 분당 온도 변화율), 및 CO2 교환율을 포함한다 . 또한, 하나 이상의 변수가 상이한 결과를 달성하기 위해 조작될 수 있는 프로세스에는 다수의 사이클이 존재한다. 이러한 사이클 중 3개는 가압 사이클, 관류 사이클("염색 사이클"이라고도 함), 및 감압 사이클을 포함한다. 예시적인 시나리오에서, COb는 적어도 304 K 및 73.87 bar의 임계점까지 상승되도록 온도 및 압력이 증가하는 밀봉된 압력 용기 내로 도입된다. 이러한 전통적인 프로세스에서, 마감 처리될 재료를 관류(예컨대, 염색)하는 제2 사이클이 발생한다. 재순환 펌프의 유량이 설정되고 유지될 수 있으며 염색 사이클을 위한 시간이 설정된다. 마지막으로, 전통적인 프로세스의 감압 사이클에서, CO2를 SCF에서 기체로 천이시키도록 모두 실질적으로 동시에 또는 가변적인 간격으로 유량이 정지될 수 있고, 열 에너지의 인가가 중단되고, 압력이 감소된다. 예컨대, 압력이 감소되는 감압 사이클 동안 온도는 유지되거나 적어도 문턱 레벨 이상으로 유지될 수 있다. 일례에서, CO2의 밀도가 CO2와 함께 용액에 염료를 유지하는 것을 더 이상 지지하지 않는 지점으로 변화할 때까지 온도가 유지된다. 이 지점에서, 온도는 또한 감소할 수 있다. 이러한 지연된 온도 감소는 상승된 온도에서 염료 관류를 더 잘 받아들이는 목표 재료에 의한 염료 수집을 증가시킬 수 있다. 따라서 CO2 밀도의 천이 동안 상승된 온도를 유지하면 목표 재료가 CO2로부터 용액 밖으로 나오는 염료에 대해 더 매력적인 목표로 남아 있기 때문에 압력 용기 구성요소 상에 염료의 침착이 감소될 수 있다.
상이한 변수를 조절함으로써 전통적인 프로세스보다 개선된 기능이 구현될 수 있다. 특히, 사이클 동안 변수 변경의 시퀀스와 타이밍을 조절하면 더 우수한 결과가 얻어진다. 예컨대, 전통적인 프로세스는 재료 마감재(예컨대, 염료)가 가압 용기의 내부면을 코팅하게 할 수 있다. 압력 용기의 코팅은 의도된 재료를 통해 관류되지 않은 재료 마감재를 나타내므로 바람직하지 않고, 재료 마감재가 의도하지 않은 후속 재료로 관류되지 않는 것을 보장하기 위해 후속 세정이 필요하다. 제3 사이클의 개시 시에 유량을 정지시키면, CO2 및 CO2 중에 용해된 재료 마감재가 압력 용기 내에서 정체 상태가 되게 된다. CO2가 SCF로부터 기체로 천이되는 경우, 이 정체된 환경에서의 재료 마감재는 상 변화 시에 CO2와 함께 용액 밖으로 나올 때에 부착하기에 적합한 호스트를 찾지 못할 수 있다. 따라서, 압력 용기 자체가 목표 재료와 대비되어 표면 마감재의 목표가 될 수 있다. 변수의 조작은 재료 마감재가 압력 용기 자체와 대비되어 의도된 목표 재료의 접착/결합/코팅을 선호하게 할 수 있다.
제3 사이클(예컨대, 감압 사이클)에서, CO2가 SCF로부터 기체 상태로 변화할 때까지 유량이 유지되거나 적어도 중단되지 않는 것이 예상된다. 예컨대, 관류 사이클 동안 압력 용기 내의 압력이 250 bar에서 작동하면, 압력이 73.87 bar 미만으로 감소될 때까지 CO2는 제3 사이클에서 SCF 상태를 유지할 수 있다. 그 결과, 제2 사이클이 완료될 때에, CO2의 유동을 정지시키거나 압력 용기 내의 CO2의 유량을 상당히 감소시키는 대신, 유량은 제3 사이클의 적어도 일부를 통해 유지된다. 추가 개념에서, CO2의 유량은 압력이 73.87 bar 미만으로 감소할 때까지 유지된다. 추가적으로 또는 대안적으로, CO2가 염료가 CO2와 함께 용액 밖으로 나오는 정해진 밀도를 지날 때까지 유량이 문턱값 이상으로 유지되는 것이 예상된다.
제3 사이클에 대해 적어도 2개의 상이한 시나리오가 예상된다. 제1 시나리오는 프로세스의 제3 사이클이 CO2의 온도 감소에서 시작되는 시퀀스이다. 예컨대, 예시적인 양태에서, 제2 사이클은 320 K에서 작동할 수 있으며, 제2 사이클의 완료 시에, 온도는 320 K의 작동 온도에서 감소하게 된다. 종래의 프로세스는 또한 온도가 감소하기 시작할 때에 압력 내의 CO2의 유동을 중단시킬 수 있지만, 대신에, 유량은 적어도 온도가 CO2의 임계 온도인 304 K/30.85 ℃ 미만으로 떨어질 때까지 일정 수준으로 유지되는 것이 예상된다. 이 예에서, CO2는 온도가 304 K/30.85 미만으로 떨어질 때까지 SCF에 남아 있을 수 있다. 따라서, 유량은 CO2를 순환시키고 그 내부의 재료 마감재를 목표 재료 둘레 및/또는 목표 재료를 통해 침착시키도록 유지된다. 이 제1 시나리오에서, CO2가 SCF로부터 다른 상태(예컨대, 73.87 bar 이상이면 액체)로 변화할때까지 작동 압력(또는 73.87 bar 이상)에서 유지될 수 있다. 대안적으로, 압력은 또한 제3 사이클의 개시 시에 떨어지게 될 수 있지만, 적어도 CO2가 다른 상태로 변화하고 및/또는 정해진 CO2 밀도가 달성될 때까지 유동이 유지된다.
제2 시나리오는 제1 시나리오와 유사하지만 압력 감소에 의해 시작되는 제3 사이클에 의존한다. 예컨대, 재료를 관류하는 압력 용기 내의 작동 압력이 250 bar인 경우, 압력이 떨어질 때에 제3 사이클이 시작된다. 전통적인 프로세스가 이 시점에서 CO2의 유량을 중단시킬 수 있지만, 대신에 유량이 유지되거나 동시에 중단되지 않는 것이 예상된다. 대신에, 제3 사이클에서, CO2는 압력이 적어도 73.87 bar 미만으로 떨어질 때까지 유동하여, CO2가 SCF 상태에 있는 전체 시간 동안 용해된 재료 마감재가 함유된 CO2의 순환을 보장한다. 온도는 또한 압력 강하와 동시에 떨어질 수 있거나 특정 압력 또는 CO2 밀도가 달성될 때까지 유지될 수 있다. 일부 염료(예컨대, 표면 마감재)는 CO2가 SCF 상태로부터 천이되기 전에 CO2와 함께 용액 밖으로 나올 수 있다고 예상된다. 따라서, 다른 변수가 조절되는 천이 압력은 대신에 CO2의 밀도(예컨대, 500 Kg/m3)에 기초할 수 있다.
예시적인 양태에서, 제3 사이클은 압력 및 온도가 CO2 임계점을 향해 떨어지는 것으로 개시하지만, CO2의 유량은 CO2가 SCF 상태로부터 천이될 때까지 적어도 부분적으로 유지된다. 특정 온도 및 압력이 나열되어 있지만, 임의의 온도 또는 압력이 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 특정한 온도 또는 압력을 달성하는 CO2에 의존하는 대신에, 예시적인 양태에서, CO2 유량을 감소시키거나 중단시키는 데에 시간이 사용될 수 있다.
변수의 조작은 제3 사이클로 제한되지 않는다. 제1 및 제2 사이클에서 변수를 조절함으로써 표면 마감재의 보다 높은 평형 포화가 달성될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 유량은 CO2가 제1 상태(예컨대, 기체 또는 액체)로부터 SCF 상태로 천이하기 전에 시작될 수 있다. 예시적인 양태에서, CO2가 SCF 상태로 천이함에 따라, SCF 중에 용해되어야 하는 재료 마감재는 비-정체된 CO2 풀에 노출되어, 보다 신속하게 용액의 평형을 가능하게 한다는 것이 예상된다 . 유사하게, CO2의 도입 이전 및/또는 CO2의 가압이 시작되기 전에 열 에너지가 압력 용기 내부 체적에 인가되는 것이 예상된다. 열 에너지의 전달은 압력 용기의 열 질량으로 인해 프로세스를 느리게 할 수 있으므로, 예시적인 양태에서, 압력을 인가하기 전에 열 에너지가 추가된다는 것이 예상된다. 이와 같이, 가압 사이클 동안 변수의 조작은 염료가 CO2 중에 보다 빠른 속도로 용해되게 할 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 가압 사이클 동안 온도 증가에 대한 압력 증가율은 온도 유지 기간을 통해 조작될 수 있으며, 이는 예컨대 CO2 중에 용해되는 염료를 증대시킬 수 있다.
게다가, 변수의 조작은 또한 목표 재료의 결과적인 염색 프로세스에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 특정 사이클(예컨대, 염색 사이클)에서, 유량의 증가는 컬러 평탄도(예컨대, 목표 재료 상에 마감재 침착의 균일성)를 증가시키고, 특정 사이클(예컨대, 감압 사이클)에서는 유량의 감소는 컬러 견뢰도(color fastness)(예컨대, 목표 재료와 재료 마감재의 결합 강도)를 향상시킬 수 있다. 또한, 특정 사이클(예컨대, 가압 사이클)에서의 유량은 CO2 중에 염료의 용해도 결과를 향상시키도록 변경될 수 있다. 또한, 목표 재료의 투과성이 유량 등의 변수에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 보다 높은 투과성의 재료(예컨대, 니트)는 보다 낮은 투과성의 재료(예컨대, 타이트하게 직조된)에 비해 충분한 정도의 컬러 견뢰도를 달성하면서도 충분한 정도의 컬러 평탄도를 달성하도록 보다 낮은 유량을 사용할 수 있다. 프로세스 변수는 재료 특성 뿐만 아니라 허용되는 염색 결과 정도에 기초하여 조절될 수 있다.
위에 제공된 일반적인 프로세스의 추가 지지로서, 특정 예가 이하에 제공된다.
도 15는 본 발명의 양태에 따른, 마감 재료를 목표 재료에 적용하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도(508)를 도시한다. 블럭(1502)에서, 폴리에스테르 등의 목표 재료가 압력 용기 내에 위치 설정된다. 목표 재료는 예시적인 양태에서 롤형 재료 및/또는 스풀 재료일 수 있다. 목표 재료는 예시적인 양태에서 100 내지 200 kg의 중량을 가질 수 있다. 그러나, 더 작거나 큰 중량이 예상된다.
블럭(1504)에서, CO2가 압력 용기로 도입된다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, CO2는 기체 상태 등의 임의의 상태로 밀폐된 압력 용기에 대해 도입될 수 있다. 블럭(1506)에서, 압력 용기의 내부 온도는 작동 온도로 증가된다. 예컨대, 예시적인 양태에서, 압력 용기는 섭씨 80-90도와 같은 예열된 온도를 가질 수 있으며, 이 온도로부터 압력 용기는 추가로 가열된다는 것이 예상된다. 작동 온도는 일 양태에서 섭씨 100-125도 범위일 수 있다. 작동 온도는 일 양태에서 대략 섭씨 110도일 수 있다. 작동 온도는 목표 재료의 조성(예컨대, 합성 재료)에 따라 좌우될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 예시적인 양태에서, 섭씨 100-125도 범위의 온도는 폴리에스테르 목표 재료가 폴리에스테르를 용융시키지 않으면서 마감 재료를 물리적으로 포획하도록 기공을 개방하게 한다. 예시적인 양태에서, 온도는 적어도 목표 재료의 유리 천이 온도이다. 이 온도(예컨대, 폴리에스테르의 경우 섭씨 60-70도)는 소수성 재료의 소수성 폴리머가 분산된 마감 재료의 확산을 위해 개방되게 한다. 또한, 작동 온도는 CO2가 SCF 상태를 달성(또는 거의 달성)하기에 충분해야 한다.
블럭(1508)에서, 펌프 메카니즘이 활성화되어 CO2의 내부 순환을 위해 유량을 제로 유량 이상으로 증가시킨다. 예컨대, CO2가 SCF 상태를 달성하기 전에, 펌프는 CO2가 SCF 상태를 달성하고 압력 용기 내에 함유된 마감 재료를 용해하기 시작할 때에 CO2를 순환시키도록 활성화된다.
블럭(1510)에서, 압력 용기 내부 공동의 압력은 작동 압력으로 증가된다. 작동 압력은 작동 온도에 있을 때에 CO2에 대해 SCF 상태를 달성하기에 충분하다. 예시적인 양태에서, 작동 압력은 300 bar 미만이다. 예시적인 양태에서, 작동 압력은 225-275 bar 범위이다. 예시적인 양태에서, 작동 압력은 250 bar이다.
블럭(1512)에서, 목표 재료는 마감 재료로 관류된다. 마감 재료는 SCF CO2에 용해되고 CO2의 유량을 제어하는 펌프에 의해 순환될 때에 목표 재료로 이송된다. 목표 재료의 관류는 목표 재료에 의한 마감 재료의 침투 및 유지를 허용한다. 목표 재료의 관류는 예시적인 양태에서 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150, 180 분과 같은 미리 결정된 시간 동안 계속될 수 있다.
블록(1514)에서, 온도를 문턱 온도 이상으로 유지하고 또한 유량을 임계 유량 이상으로 유지하면서 압력을 작동 압력에서 천이 압력으로 감소시킨다. 천이 압력은 대기압에서부터 작동 압력까지의 임의의 압력일 수 있다. 일 양태에서, 천이 압력은 225-100 bar 범위이다. 일 양태에서, 천이 압력은 200 bar, 150 bar, 또는 100 bar이다. 문턱 온도는 목표 재료에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 목표 재료가 폴리에스테르인 경우, 문턱 온도는 섭씨 100도일 수 있다. 문턱 유량은 비-제로 유량이다. 달리 말하면, 압력이 작동 압력에서 문턱 압력으로 감소됨에 따라 CO2가 순환된다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 효율은 압력이 작동 압력으로부터 감소하는 동안 온도 및/또는 유량을 문턱 레벨 이상으로 유지함으로써 달성된다. 예컨대, 작동값으로부터 CO2의 밀도가 천이함에 따라 CO2 중에 용해된 재료 마감재가 CO2로부터 석출되기 시작하면, 예시적인 양태에서, 순환 및/또는 유지된 온도는, 유량 및/또는 온도가 석출 상 전에 문턱 레벨 미만으로 감소되는 경우보다, 목표 재료에 의한 재료 마감재의 큰 흡수를 허용한다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 양태에 따른, SCF CO2 재료 마무리 프로세스의 사이클 동안에 압력, 온도, 및 CO2 유량 사이의 일반적인 추세를 도시한다. 도 18 내지 도 22는 3개의 도표 변수, 즉 온도(1802), 압력(1804), 및 유량(1806)으로 구성된다. 또한, X 축을 따라 4개의 사이클, 즉 가압 사이클(1808), 염색/처리 사이클(1810), 감압 사이클(1812), 및 완료 사이클(1814)이 기술되어 있다. 본 명세서에서 제공되는 바와 같이, 온도, 압력, 및 유량은 개시, 완료 및/또는 임의의 기술된 사이클 중에 변경될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 변수는 문턱값을 달성하는 다른 변수에 대한 반응으로 조절될 수 있다는 것이 예상된다. 도 18 내지 도 22는 예시 목적으로 제공되며 본질상 제한하려는 것이 아니고 대신에 예시적인 목적으로 사용된다.
가압 사이클(1808)에서, CO2가 압력 용기에 충전된다. 압력 용기는 예시적인 양태에서 섭씨 50-90도 등의 시작 온도로 예열될 수 있다. 그러나, 예시적인 양태에서, 용기는 예열될 수 없거나 용기는 상이한 시작 온도로 가열될 수 있다는 것이 예상된다. 용기 내의 압력은 예시적인 양태에서 대기압에서 시작할 수 있다. 가압 사이클(1808)의 압력은 250 bar와 같은 문턱 압력으로 증가될 수 있다. 그러나, CO2의 임계점 가압 이상의 임의의 압력 문턱값이 예상된다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 가압 문턱값은 가압까지 걸리는 시간에 있어서의 프로세스 효율 및 이러한 가압을 달성하는 데에 필요한 에너지를 달성하기 위해 310 bar 미만일 수 있다. 문턱 압력을 달성하면, 가압 사이클(1808)은 예시적인 양태에서 염색/처리 사이클(1810)로 천이될 수 있다. 가압 사이클(1808)로부터 염색/처리 사이클(1810)로의 천이는 미리 설정된 시간을 비롯한 다른 변수가 달성된 이후에 발생할 수 있다는 것이 또한 예상된다.
또한, 도 18에서, 가압 사이클(1808)에는 유량(1806)이 제1 유량을 달성하고 있는 것이 도시되어 있다. 예시적인 양태에서, 유량의 제1 유량은 CO2가 순환될 수 있는 상태에 있을 때에 펌프(또는 다른 메카니즘)가 작동하여 CO2를 순환시키도록 비-제로값이다. 예시적인 양태에서, 가압 사이클(1808)에서 비-제로 값의 유량(1806)은, CO2가 재료 마감재의 존재 하에 기체 상태로부터 SCF 상태로 천이될 때에 유량이 부족한 정체된 CO2에 의해 발생할 수 있는 마감 재료의 점결(caking)을 제한하면서 마감 재료(예컨대, 염료)의 용해를 돕는 데에 효과적이다. 유량(1806)은 염색/처리 사이클(1810)에서 증가하거나 염색/처리 사이클 (1810)까지 진행되는 것이 예상된다. 그러나, 대안적인 양태에서, 염색/처리 사이클(1810)에 관련하여 가압 사이클(1808) 동안 유사하거나 더 큰 유량이 구현될 수 있다는 것이 또한 예상된다. 더욱이, 유량이 가압 사이클(1808)의 시간 동안 증가될 수 있다는 것이 또한 예상된다. 예컨대, CO2가 SCF 상태를 달성하기 전에, 유량은 제1 유량에서 개시될 수 있고, CO2가 SCF 상태에 진입하여 SCF 상태에 들어감에 따라, 유량이 증가될 수 있다. 이 예의 유량의 증가는, 예시적인 양태에서, 염색/처리 사이클(1810)을 위해 의도된 유량으로 증가할 수 있다.
하나 이상의 사이클 동안 가압, 온도 및/또는 유량 변화의 기울기가 또한 가변적이다. 예컨대, 염색/처리 사이클(1810)에 대해 원하는 온도에서 최대 시간을 달성하는 속도로 온도가 증가되어 처리 대상 재료의 열 질량이 균등하게 함으로써 마감 재료의 관류 및 수용에 이익을 준다는 것이 예상된다. 예컨대, 목표 재료가 폴리에스테르 또는 다른 장쇄 폴리머인 경우, 섭씨 100도 이상의 온도를 달성하면 폴리에스테르에 의해 관류되고 유지될 재료 마감재를 위해 충분한 폴리에스테르 개구의 기공이 초래될 수 있다. 용해된 마감 재료가 폴리에스테르 재료를 통해 관류될 때에 폴리에스테르 재료의 내부 부분이 섭씨 100도의 온도에 아직 도달하지 못하면, 예시적인 양태에서, 마감 재료의 부착이 폴리에스테르 재료의 부분에서 방해될 수 있다. 유사하게, 다양한 가압 속도가 달성될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 감압 사이클(1812)에서 논의되는 바와 같이, 예시적인 양태에서, 5 bar/분의 속도가 CO2로부터 마감 재료의 원하는 석출을 달성하는 데에 사용될 수 있다. 가압 속도는 또한 특정 가압 사이클(1808)의 지속 기간을 달성하도록 조작될 수 있다.
염색/처리 사이클(1810)은 CO2 처리 방법론의 상기 설명에서 제2 사이클과 동일할 수 있다. 염색/처리 사이클(1810)의 지속 기간은 다수의 잠재 변수에 기초하여 설정될 수 있다. 예컨대, 지속 기간은 목표 재료의 유형, 재료의 특성(예컨대, 투과성, 밀도), 적용될 재료 마감재(예컨대, 착색, 착색의 포화도, 마감 재료의 화학 물질, 마감 재료의 유형), CO2의 유량, 온도, 압력 등에 기초하여 설정될 수 있다.
염색/처리 사이클(1810)에 대해 도 18에 도시된 바와 같이, 압력(1804), 온도(1802), 및 유량(1806)은 이러한 예시적인 양태에서 일정하게 유지된다. 그러나, 압력, 온도, 및/또는 유량은 염색/처리 사이클(1810)에서 조절될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, (후술될) 마감 재료의 상이한 용해도를 갖는 다양한 CO2 밀도를 달성하기 위해, 예시적인 양태에서, 압력은 염색/처리 사이클(1810) 내의 상이한 지점에서 상이한 화학 물질을 용해시키고 및/또는 염색/처리 사이클(1810) 동안 특정 시퀀스로 다양한 마감 재료 화학 물질의 석출을 야기하도록 조절될 수 있다. 염색/처리 사이클(1810)의 지속 기간은, 예시적인 양태에서, 미리 설정된 시간(예컨대, 30 분, 45 분, 60 분, 90 분, 120 분, 150 분, 180 분)과 같은 다수의 변수에 의해 제어될 수 있다.
도 18은 염색/처리 사이클(1810)로부터 압력(1804)이 감소하는 감압 사이클(1812) 로의 천이를 도시한다. 감압 사이클(1812)은 위에서 제공된 제3 사이클과 유사할 수 있다. 압력(1804)의 변화는 미리 결정된 비율(예컨대, 기울기)로 될 수 있다. 이 비율은 예시적인 양태에서 1-10 bar/분일 수 있다. 다른 예시적인 양태에서, 압력은 약 5 bar/분으로 감소된다. 또한, 압력 변화는 상이한 상태들 또는 밀도들 사이에서 천이될 때에 CO2의 특성에 부분적으로 기초할 수 있다.
도 18에 도시된 예에서, 온도(1802) 및 유량(1806)은 압력(1804)이 감소되는 동안에도 감압 사이클(1812)의 시작에서 유지된다. 그러나, 온도 또는 유량 중 어느 하나가 감압 사이클(1812)의 개시에서 감소 및/또는 증가될 수 있다는 것이 예상된다. 그러나, 예시적인 양태에서, 유량이 비-제로 유량에 있게 하면 마감 재료가 CO2로부터 석출될 때에 CO2의 연속적인 순환을 허용한다. 마감 재료의 석출 단계 동안의 이러한 계속적인 순환은 예시적인 양태에서 몇 가지 이점을 제공한다. 예컨대, CO2로부터의 석출 단계에서 마감 재료의 친화도는 더 높은 농도의 마감 재료가 목표 재료에 의해 유지되게 하는 CO2보다 목표 재료를 더 선호할 수 있다. 압력 용기 및 그 내부의 구성요소(예컨대, 캐리어 빔/홀딩 부재)는 프로세스의 종료 시에 마감 재료를 유지 및/또는 흡인하는 것이 바람직하지 않다. 따라서, 석출된 마감 재료가 목표 재료와는 대조적으로 표면(예컨대, 압력 용기 벽)에 대해 유지되는 정체 환경을 유발할 수 있는, 마감 재료가 CO2로부터 석출되기 전에 유속을 정지시키는 것과 대비되게, CO2의 계속적인 유동은 감압 사이클(1812)의 석출 단계에서 목표 재료를 통해 관류될 마감 재료를 제공한다.
예시적인 양태에서, 일단 압력이 정해진 압력(예컨대, 200 bar)을 달성하여 마감 재료가 CO2로부터 완전히 석출되게 하면, 예시적인 양태에서, 온도는 사이클(1814)에 도시된 바와 같이 감소될 수 있다. 더욱이, 유량(1806)이 사이클(1814)의 개시 시에 변화될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 유량(1806)은 압력/온도/밀도가 예시적인 양태에서 미리 정해진 레벨을 달성할 때에 변화될 수 있다는 것이 예상된다.
감압 사이클(1812)은 상이한 결과를 달성하도록 변수들의 다른 조합을 제공한다. 예컨대, 압력이 CO2를 재포획하기 위해 미리 정해진 문턱값으로 감소된 다음, 압력은 환경으로의 CO2의 손실이 있는 분위기로 감소된다는 것이 예상된다. 이 급속한 감압은 마감 재료가 CO2로부터 석출되고 CO2가 기체 또는 액체 상태로 천이된 후에 발생될 수 있다.
도 19는 본 발명의 양태에 따른, 염색/처리 사이클(1810) 동안 유량으로부터 감압 사이클(712) 중에 내부 유량(706)의 감소를 예시한다. 감압 사이클(712) 동안 유량의 이러한 감소는 일부 염료 및/또는 목표 재료에 대한 염료의 목표 재료와의 친화성을 증가시키는 데에 효과적일 수 있다.
도 20은 본 발명의 양태에 따른 가압 사이클(1808) 동안 단계형(2002)의 온도를 예시한다. 단계(902)는 정해진 시간 동안 정해진 온도에서 CO2를 유지할 수 있다. 예컨대, 온도는 섭씨 100도에서 5-15 분 동안 유지될 수 있다. 예시적인 양태에서, 단계(902)는 5 분, 10 분, 또는 15 분이다. 단계(902)와 관련된 시간 및 온도는 염료 및 염료가 용해되는 CO2의 밀도에 따라 좌우될 수 있다. 예컨대, 단계(902)는 CO2에서 염료의 용해도를 향상시키기 위해 압력 증가에 대한 지점에서 발생할 수 있다.
도 21은 본 발명의 양태에 따른 가압 사이클(1808) 동안 다수의 계단형(2102, 2104)의 온도를 예시한다. 단계(2102, 2104)는 정해진 시간(예컨대, 5 분, 5분) 동안 정해진 온도(예컨대, 섭씨 100, 110도)에서 유지할 수 있다. 예시적인 양태에서, 단계(2102)는 5 분, 10 분, 또는 15 분이다. 예시적인 양태에서, 단계(2104)는 5 분, 10 분, 또는 15 분이다. 예시적인 양태에서, 단계(2102)에서 정해진 온도는 섭씨 100도이다. 예시적인 양태에서, 단계(2104)에서 정해진 온도는 섭씨 110도이다. 단계(2102, 2104)와 관련된 시간 및 온도는 염료 및 염료가 용해되는 CO2의 밀도에 따라 좌우될 수 있다. 예컨대, 단계(2102, 2104)는 CO2에서 제1 염료 및 제2 염료의 용해도를 각각 향상시키기 위해 압력 증가에 대한 지점에서 발생할 수 있다.
도 22는 본 발명의 양태에 따른, 도 21의 단계(2102, 2104)에 대한 내부 유량(706)의 조작(2202)을 예시한다. 예시적인 양태에서, 유량은 온도의 스텝핑과 같은 하나 이상의 변수와 관련하여 감소, 정지, 또는 유지된다. 유량의 이 조절은 CO2에서 예시적인 염료의 용해도를 향상시킬 수 있다.
도 18 내지 도 22는 본질상 예시적이고 제한적이지 않다. 변수의 각각의 묘사[예컨대, 온도(1802), 압력(1804), 및 유량(1806)]는 단지 상대적이며 실척으로 제공되지 않는다. 또한, 예시적인 양태에서, 도시된 점들 이전 또는 이후에 변수들에 대한 값들이 달성될 수 있다는 것이 예상된다.
이하는 본 명세서에 제공되는 양태를 달성하도록 실행될 수 있는 가압, 염색, 및 감압 사이클에 대한 예시적인 변수 세팅의 리스트이다. 각 행은 특정한 목표 재료 및/또는 염료에 대해 CO2 염색 프로세스를 달성하기 위한 변수의 변동을 나타낸다. 그러나, 제공된 값은 제한적이지 않다.
예시적인 조건 1 - 예컨대, 도 18 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 150 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
예시적인 조건 2 - 예컨대, 도 18 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 100 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
예시적인 조건 3 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 4 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 100 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 5 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-200 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 6 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-200 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 120도, 종료 압력: 100 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 7 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 115도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 115도, 종료 압력: 150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 8 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 115도, 압력: 250 Bar, 유량: 230-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 115도, 압력: 100 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 9 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 115도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-200 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 115도, 종료 압력: 150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 10 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 115도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-200 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 115도, 종료 압력: 100 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 11 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 115도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 115도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 12 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 110도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 110도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 13 - 예컨대, 도 19 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 14 - 예컨대, 도 20 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 10분 동안 섭씨 100도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 온도 유지 중에 오프함.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 15 - 예컨대, 도 20 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 5분 동안 섭씨 100도를 유지, 5분 동안 섭씨 110도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 온도 유지 중에 오프함.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 16 - 예컨대, 도 21 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 10분 동안 섭씨 100도를 유지, 10분 동안 섭씨 110도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 제1 온도 유지로부터 제2 온도 유지로 오프함
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 17 - 예컨대, 도 21 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 5-10분 동안 섭씨 100도를 유지, 5-10분 동안 섭씨 110도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 온도 유지 중에 오프함.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr, 시간: 90분.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 18 - 예컨대, 도 22 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 5-10분 동안 섭씨 100도를 유지, 5-10분 동안 섭씨 110도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 온도 유지 중에 오프함.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr, 시간: 60분.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-130 m3/hr.
예시적인 조건 19 - 예컨대, 도 22 참조.
가압: 시작 온도: 섭씨 80-90도, 5-10분 동안 섭씨 100도를 유지, 5-10분 동안 섭씨 110도를 유지, 종료 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 188-250 Bar, 유량: 90-130 m3/hr, 외부 펌프: 온도 유지 중에 오프함.
염색: 온도: 섭씨 110-120도, 압력: 250 Bar, 유량: 175-240 m3/hr, 시간: 60-120분.
감압: 시작 온도: 섭씨 110-120도, 종료 압력: 100-150 Bar, 유량: 90-240 m3/hr.
이해할 수 있는 바와 같이, 변수들의 조합, 변수들의 타이밍, 및 각 변수에 대한 문턱값의 변화가 결과를 달성하도록 조절될 수 있다. 예컨대, 목표 재료의 특성이 변함에 따라, 염료 변화의 양과 유형으로서, 변수가 조작될 수 있다. 전술한 예시적인 조건은 대표적이고, 제한적이지 않다. 대신에, 변수들의 조합이 필요에 따라 결합될 수 있다. 이후의 도 27에, 본 발명의 양태에 따라, SCF 염색의 다양한 사이클에 대한 예시적인 조건을 제공하는 표가 재현된다.
상이한 극성을 갖는 흡수성 재료 마감재 담체
본 명세서에 제공된 바와 같이, 희생 재료는 목표 재료를 통해 관류되도록 의도된 재료 마감재(예컨대, 염료)을 도입하기 위한 운반 수단으로서 사용될 수 있다. 예시적인 양태에서, 재료 마감재는 CO2 SCF에 용해되어 SCF가 재료 마감재를 용해시켜 재료를 관류시키게 한다. SCF는 비극성이다. 따라서, CO2 SCF 처리 시스템에서 작동할 수 있는 재료 마감재의 화학 물질은 비극성 용액에 용해되는 화학 물질이다. 예컨대, 폴리에스테르 재료를 염색하는 데 적합한 염료는 CO2 SCF에 용해될 수 있지만 물에는 용해되지 않을 수 있다. 또한, 폴리에스테르 염색에 적합한 염료는 면과 같은 유기 재료 등의 상이한 재료와 결합하기에 적절한 화학 물질을 갖지 않을 수 있다. 따라서, 유기 재료(예컨대, 면)가 폴리에스테르 재료에 적용되도록 재료 마감재에 침지되는 것이 예상된다. 침지된 유기 재료는 압력 용기 내로의 담체 물질로 기능한다. CO2 SCF 프로세스가 수행될 때에, 재료 마감재는 CO2 SCF에 의해 용해되고 폴리에스테르 재료를 통해 관류된다. 재료 마감재 결합을 위해 상이한 화학 물질을 필요로 하는 유기 재료는 재료 마감재를 유지하지 못하며, 이에 따라 재료 마감재의 의도된 양은 목표 재료를 관류시키는 데에 이용 가능하다.
일례에서, 면 재료는 폴리에스테르 재료를 염색하는 염료를 위한 운반 수단으로서 사용된다. 이 예에서, 150 kg의 폴리에스테르가 CO2 SCF 프로세스에서 염색되는 것이 바람직하다. 총 목표 중량의 1%가 원하는 착색을 달성하기 위해 필요한 염료의 양을 나타낸다면, 1.5 kg의 염료가 원하는 착색을 달성하기 위해 폴리에스테르에 관류되어야 한다. 1.5 kg의 염료는 8.5 kg의 물을 갖는 수용액에서 희석될 수 있다. 따라서, 용액 중의 염료는 10 kg이다. 염료는 비극성 CO2 SCF에 용해되기에 적합한 화학 물질을 갖기 때문에, 이 예시적인 양태에서, 염료는 물에 용해되는 것과 대비되게 물속에서 단지 부유된다. 면은 흡수성이 높다. 예컨대, 면은 중량의 25 배까지 흡수할 수 있다. 따라서, 10 kg의 염료 용액을 흡수하기 위해, 0.4 kg의 면(10/25 = 0.4)이 담체로서 기능할 수 있다. 그러나, 염료 용액의 운반을 달성하기 위해 더 많은 양의 면이 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 예시적인 양태에서, 면의 30 중량%의 흡수가 고려된다. 30 중량%의 흡수를 사용하는 위의 예에서, 면은 10 kg의 염료 용액을 담지하는 33.3 kg이다. 용액량, 염료량, 및 흡수량은 염색 프로세스를 위한 압력 용기 내에 포함될 재료의 원하는 양을 달성하도록 조절될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
특정 재료 마감의 예에 적용된 바와 같이, 목표 재료 (예컨대, 면 대 폴리에스테르)와 상이한 결합 화학 물질 요구를 갖는 재료가 재료 마감 용액으로 잠기거나 또는 달리 침지된다는 것이 예상된다. 이어서, 침지된 담체 재료는 압력 용기 내에 배치된다. 침지된 담체는 지지 구조체 상에 배치되거나 목표 재료 둘레에 래핑된다. CO2 SCF 마감 처리 프로세스가 개시될 수 있다. CO2 SCF는 담체 재료 둘레를 지나고 담체 재료를 통과하여 목표 재료를 재료 마감재로 관류시키도록 재료 마감재를 용해시킨다. 재료 마감재 적용의 완료 시에, (예시적인 양태에서) CO2는 SCF 상태로부터 기체 또는 액체 상태로 천이된다. 예시적인 양태에서, 담체 재료에 대한 결합 화학 물질을 갖지 않는 재료 마감재는 목표 재료로 흡인되어 목표 재료에 의해 유지된다. 따라서, 예시적 양태에서, 마감 프로세스의 완료시에, 재료 마감재는 목표 재료에 적용되고, 담체 재료에는 상당한 양의 재료 마감재가 없다.
이산화탄소 밀도 계산
본 명세서에 제공된 바와 같이, CO2의 밀도는 SCF CO2에서 염료의 용해 속도에 영향을 미친다. 온도 및/또는 압력의 변화는 CO2의 밀도에 영향을 미친다. 따라서, 프로세스의 변수를 조절하면 SCF CO2가 염료를 용해시키는 능력에 영향을 미친다. CO2의 밀도는 당업자에게 공지된 다수의 기술을 사용하여 계산될 수 있다. 예시적인 양태에서, 방법은 다음에 의해 제공된다: R. Stryjek, J.H. Vera, PRSV: 순수 화합물 및 혼합물에 대한 개선된 Peng-Robinson 상태 방정식(An Improved Peng - Robinson Equation of State for Pure Compounds and Mixtures); 캐나다 화학 학회지, 64, 1986년 4월. 다른 방법이 또한 실행될 수 있다.
예시적인 양태에서, 온도 및 압력은 CO2의 밀도를 Kg/m3으로 환산하는 데에 사용될 수 있다. 예컨대, 섭씨 110도(예컨대, 383 K)의 온도 및 250 bar에서 작동하면 CO2가 525 kg/m3의 밀도를 갖게 된다. 논의되는 바와 같이, 프로세스의 염색 사이클은 섭씨 100-120도(373-393 K)와 같은 비교적 일정한 온도 및 약 250 bar의 압력에서 작동할 수 있다. 이들 온도 및 압력 세팅에서, SCF CO2의 밀도는 566-488 Kg/m3의 범위일 수 있다.
SCF CO2는 용매로서 작용한다. SCF CO2의 용해도는 SCF CO2의 밀도에 기초하여 달라지므로, 온도가 비교적 일정하게 유지되는 경우, SCF CO2의 용해도가 밀도에 따라 증가된다. 온도가 일정하게 유지되면 밀도는 압력에 따라 증가하기 때문에, 압력에 따라 CO2의 용해도가 증가된다.
CO2의 용해도에 영향을 미치는 압력 조작 이외에, 본 명세서에서 제공된 프로세스의 염색 사이클에서 압력을 비교적 일정하게 유지시키면서 온도가 변화될 수 있다는 것이 예상된다. 그러나, 밀도와 온도 간의 상대적인 추세는 더욱 복잡하다. 일정한 밀도에서, CO2의 용해도는 온도에 따라 증가하게 된다. 그러나, 이산화탄소의 임계점에 가깝게 되면, 밀도는 온도가 약간 올라가면 급격하게 강하될 수 있다. 그러므로, 임계 온도에 가깝게 되면, 용해도는 온도가 증가함에 따라 흔히 떨어지며 그 후에 다시 상승한다.
또한, 온도 및 압력 모두가 염료와 같은 재료 마감재의 원하는 용해를 달성하기 위해 CO2 밀도에 의한 용해도에 영향을 주도록 프로세스의 염색 사이클 내에서 조작될 수 있다는 것이 예상된다.
예시적인 양태에서, 압력 용기 내에 배치되어 SCF CO2에 의해 처리될 재료는 온도의 조작을 제한할 수 있는 폴리에스테르계 재료이며, 이에 따라 CO2의 밀도 변화가 제한될 수 있다. 예컨대, 섭씨 120도 이상에서, 폴리에스테르는 폴리에스테르의 느낌, 모양, 및/또는 구조를 변화시키는 천이 온도에 가까워지거나 초과할 수 있다. 그러나, CO2의 수용 가능한 용해도 특성을 달성하기 위해, 압력은 CO2의 충분한 밀도를 달성하도록 조작될 수 있다. 따라서, 예시적인 양태에서, 마감 처리될 재료에 의도하지 않은 영향을 제한하기 위해 온도는 섭씨 120도 미만으로 유지된다.
압력 및/또는 온도의 증가는 에너지와 같은 자원을 소비하고, 이는 재료 마감/염색 프로세스의 효율을 감소시키기 때문에, 본 명세서의 양태는 압력 및/또는 온도를 재료 마감재의 용해도를 달성하기에 충분하고 마감 처리되는 재료와 상호 작용하기에 충분한 범위로 제한한다. 예시적인 양태에서, 충분한 온도 및 압력은 섭씨 100-125도이고 압력은 300 bar 미만이다. 예시적인 양태에서, 온도는 섭씨 100-115도 및 225-275 bar이며, 이는 마감 대상 재료의 폴리에스테르에 부정적인 영향을 미치지 않고 보다 높은 압력을 달성하기 위해 과도한 에너지 자원을 사용하지 않고도 다중 화학 물질 염료를 용해시키고 염료 침투를 위해 폴리에스테르 재료의 섬유를 개방하기에 충분한 CO2 밀도를 허용한다. 예컨대, 310 bar의 압력 및 110도의 온도가 또한 폴리에스테르 재료를 염색하기 위해 실행될 수 있다. 그러나, 310 bar의 압력은 달성을 위해 추가 에너지를 소비하고, 이는 SCF CO2 프로세스에서 재료를 처리하는 데 드는 비용과 잠재적인 시간을 증가시킨다.
이전에는, 시스템에서 재료를 처리하기 위해 염료에 충분한 용해도를 달성하기 위해 600 Kg/m3 이상의 밀도가 필요했다. CO2의 밀도가 이 값보다 낮으면, 제공된 염료는 CO2에 용해되지 않고 이에 따라 처리될 재료를 관류하지 않게 된다. 예를 들어, 시스템은 Supercritical Fluid Technology In Textile Processing: An Overview(텍스타일 가공에서의 초임계 유체 기술: 개요)(Ind. Eng. Chem. Res. 2000, 39, 4514-41512)에 기술되어 있다. 위의 시스템에서, 단일 염료 화학 물질이 600 Kg/m³를 초과하는 CO2 밀도에서 용해되고 566-488 Kg/m³ 범위의 CO2의 사용은 해당 시스템의 탐구된 염료를 용해시키기에 충분하지 않다. 그러므로, 에너지를 절약하고, 효율을 향상시키며, 마감 처리되는 재료에 대해 의도하지 않은 영향을 제한하기 위해, 본 명세서에서는 600 Kg/m3 미만의 밀도를 제한하는 것을 고려한다.
또한, 본 발명의 양태는 적용될 마감 재료의 융통성을 위해 구성되는 것이 예상된다. 예컨대, 양태는 SCF CO2에 의해 목표 재료에 다중 화학 물질 염료가 적용되는 것을 고려한다. 다중 화학 물질(예컨대, 다중 색상, 다중 마감재, 착색과 마감재의 조합 등)이 존재하기 때문에, 다양한 고유의 화학 물질은 화학 물질이 용해되는 서로 다른 CO2 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 예시적인 양태에서, 화학 물질은 566-488 Kg/m3 범위의 CO2에서 용해되도록 선택된다. 예시적인 양태는 3개(또는 그 이상)의 컬러 염료 조합과 같은 다중 화학 물질 마감재를 예상한다. 염료의 특유한 화학 물질은 서로 다른 CO2 밀도의 CO2에 용해되지만, 각 화학 물질은 566-488 Kg/m³ 범위의 CO2 밀도와 같은 시스템 파라미터 내에서 용해된다. 예시적인 양태에서, 다중 화학 물질 마감재는 566 내지 488 ㎏/㎥ 범위의 밀도에서 CO2에 용해되는 정제되지 않은 염료이다.
마감 처리 후에 재료의 결과적인 느낌( "핸드"라고도 함)은 마감 작업을 수행할 때 고려해야 할 중요한 기준이다. 예시적인 양태에서, SCF CO2 마감 프로세스로부터 초래된 재료는 수계 프로세스에서 마감 처리된 재료와 유사한 느낌(또는 핸드)을 가져야 한다. 따라서, 상이한 CO2 밀도를 달성하는 변수는 마감 처리된 재료의 핸드에 미치는 영향을 기초로 하여 더욱 제한될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 섭씨 110도 미만의 온도에서 처리하는 것은, 예시적인 양태에서, 섭씨 110도 이상의 온도에서보다 재료에 더 나은 핸드를 제공한다. 전술한 바와 같이, 폴리에스테르 재료는 섭씨 120도 부근의 천이 온도(또는 섭씨 110도 초과의 임의의 온도)를 가질 수 있고, CO2 프로세스 사이클 중에 일정 시구간 동안 그 천이 온도에 대한 침해는 처리된 재료의 핸드/느낌을 변화시킨다. 또 다른 양태에서, 폴리에스테르 재료에 대해 섭씨 100도에서 작동시키는 것은 수계 염색 프로세스와 유사한 핸드를 초래한다. 따라서, 예시적인 양태에서, 섭씨 100도에서의 CO2 작동은 수계 해법으로 마감 처리된 재료의 핸드 느낌과 유사한 핸드 느낌을 초래하도록 선택될 수 있다.
클리닝 사이클 감소/제거
전술한 프로세스에서 구현된 마감 재료의 석출 시의 효율은, 예시적인 양태에서, 목표 재료 실행들 사이에서 시스템의 클리닝을 면담하지 않고 반복적으로 CO2 프로세스를 작동시키게 한다. 예컨대, 마감 재료가 압력 용기 또는 그 안의 다른 구성 요소에 가깝게 정체되어 있을 때와 대비되게 목표 재료를 통해 관류될 때에 석출되게 하는 것은 감압 사이클[예컨대, 도 7의 감압 사이클(1812)] 후에 (예컨대, 용기 벽 상에, 목표 재료의 홀딩 부재 상에) 시스템에 의해 유지되는 마감 재료의 양을 제한한다. 마감 재료가 시스템 구성 요소에 대해 더 큰 유지 잠재력을 갖는 경우, 희생 클리닝 재료가 목표 재료 실행 후 및 다른 목표 재료 실행 전까지 압력 용기 내에 배치될 수 있다. 예시적인 양태들에서 희생 클리닝 재료의 목적은 목표 재료 실행의 완료 시에 시스템 구성요소들에 의해 유지되는 잔류 마감 재료를 포획하는 것이다. 희생 클리닝 재료를 삽입함으로써 시스템을 클리닝하는 프로세스는 시스템을 가압하고 시스템 표면으로부터 희생 클리닝 재료로 전사될 잔류 마감 재료를 SCF CO2에 용해시키기 위해 적어도 수정된 3 사이클 CO2 프로세스의 실행을 필요로 할 수 있다. 추가적으로(또는 대안적으로) 클리닝 프로세스는 잔류 마감 재료를 전사하는 데에 하나 이상의 화학 용매(예컨대, 아세톤)에 의존할 수 있다. 그러므로, 목표 재료 실행들 사이에 클리닝 사이클의 사용을 감소시킴으로써 환경, 시간 및 에너지 자원을 절약할 수 있다. 실행들 사이에 클리닝 사이클의 제거 또는 감소는 마감 재료가 CO2로부터 석출될 때에 유량을 비-제로 값으로 유지하는 것을 통해 구현될 수 있다. 또한, 마감 재료가 CO2로부터 석출될 때까지 문턱값을 초과하는 온도를 유지하는 것은 후속 클리닝 프로세스에 대한 필요성을 감소시키거나 제거한다는 것이 예상된다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 목표 재료가 폴리에스테르 재료인 경우, 온도를 섭씨 100도 이상으로 유지하면, 압력이 감소할 때에 폴리에스테르 내의 기공이 폴리에스테르 내에 마감 재료(예컨대, 염료)를 유지하기에 충분한 양으로 개방되어 염료가 CO2로부터 석출되게 한다. 폴리에스테르의 기공이 석출 단계 동안 충분히 개방된 상태로 있게 함으로써, 예시적인 양태에서, 압력 용기 및 시스템의 구성요소 상에 마감 재료의 잔류 축적이 제한된다.
따라서, 압력 용기에서의 일련의 사이클은 제1 목표 재료의 압력 용기로의 삽입, 제1 가압 사이클, 제1 염색/처리 사이클, 제1 감압 사이클, 제1 목표 재료의 제거, 제2 목표 재료의 삽입, 제2 가압 사이클, 제2 염색/처리 사이클, 제2 감압 사이클, 및 제2 목표 재료의 제거를 포함할 수 있다. 이 순서의 이벤트가 없는 경우는 희생 클리닝 재료의 삽입 및 희생 재료를 이용한 가압 - 염색/처리/클리닝 - 감압 사이클이다. 프로세스에서 이들 단계를 제거하면 시간, 에너지 및 희생 클리닝 재료를 절약할 수 있다.
희생 클리닝 재료는 목표 재료와 유사한 조성을 갖는 재료일 수 있다. 그러나, 목표 재료보다 더 적은 양의 희생 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 목표 재료는 재료의 100-200 kg일 수 있다. 희생 클리닝 재료는 재료의 100 kg보다 작을 수 있다. 또한, 목표 재료에 대한 처리 사이클은 목표 재료 상에 원하는 마감을 달성하도록 선택되고, 대신에 클리닝 프로세스의 사이클은 희생 클리닝 재료 마감 결과에 관계없이 시스템 표면 상의 잔류 마감 재료를 감소시키도록 선택된다 . 희생 클리닝 재료와 목표 재료의 또 다른 차이점은 추가 마감 재료가 일반적으로 희생 클리닝 재료를 수반하는 CO2 프로세스에 포함되지 않는다는 점이다. 또한, 목표 재료와 관련하여 사용되는 불균형 농도(예컨대, 1 내지 20%)에서 공칭 마감 재료의 포함은 예시적인 양태에서 여전히 희생 클리닝 재료로 고려될 수 있다. 그러므로, 예시적인 양태에서, 재료의 마감이 압력 용기 내에 희생 클리닝 재료를 포함시키는 주요 목적이 아니기 때문에, 희생 클리닝 재료는 목표 재료와 구별될 수 있다.
목표 재료 정련
정련은 SCF 프로세스에 의한 최종 마감을 위해 목표 재료를 준비하는 프로세스이다. 예컨대, 정련은 오일 및 올리고머를 목표 재료로부터 제거한다. 오일 및 올리고머는 목표 재료와 함께 남아있게 되면 염색 프로세스에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 오일 및 올리고머는 전통적으로 목표 재료를 염색하기 전에 수계 정련 프로세스에서 제거된다. 본 명세서의 양태는 롤형 제품 또는 스풀 제품과 같은 목표 재료를 정련하기 위해 SCF 환경을 사용한다. SCF 정련 프로세스는 SCF CO2와 같은 SCF에 의해 제공되는 물없는 실행의 결과로서 물 사용과 잠재적인 환경 영향을 감소시킨다.
SCF 정련은 SCF 염색 실행과 관련하여 위에 제공된 것과 유사한 작동 환경을 사용한다. 예컨대, 오토클레이브와 같은 압력 용기를 사용하여 SCF 상태를 달성하도록 가스를 가압 및 가열할 수 있다. 그러나, 염색과 달리, 정련은 목표 재료에 요소(예컨대, 염료)를 도입하기보다는 목표 재료로부터 요소(예컨대, 올리고머, 오일)를 제거하는 데에 초점을 맞춘다. 따라서, 시스템의 요소들 중 일부는 염색보다는 정련을 위해 다르게 이용될 수 있다. 예컨대, 압력 용기 내에 CO2를 도입하고 포획하는 펌프 시스템은 정련 프로세스 중에 CO2 및 목표 재료로부터 제거된 요소를 취출하는 데에 사용될 수 있다. 이 펌프 시스템은 외부 펌프가 내부 압력 용기와 CO2 저장조 및 필터와 같은 외부 위치 사이에서 재료(예컨대, CO2)를 순환시키는 데에 효과적이기 때문에 본 명세서에서 외부 펌프로 지칭된다. 양태는 압력 용기로부터 올리고머 및 오일과 같은 정련된 요소를 갖는 CO2를 외부 위치로 취출하는 것을 예상한다. 취출된 CO2는 여과되거나 달리 처리되어 CO2로부터 취출된 정련된 요소를 제거할 수 있다. 또한, SCF CO2와 올리고머 및/또는 오일 간의 결합을 돕기 위해 계면 활성제가 프로세스에 첨가될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 희생 재료가 목표 재료와 함께 포함되어, 일단 목표 재료로부터 제거 된 정련된 요소는 희생 물질에 대해 보다 큰 친화성을 가짐으로써 정련된 요소가 목표 재료로부터 희생 재료로 전사되게 한다.
도 16은 본 발명의 양태에 따른, 재료를 초임계 유체로 정련하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다. 블럭(1602)에서, 목표 재료가 압력 용기 내에 위치 설정된다. 목표 재료는 임의의 재료일 수 있다. 예컨대, 재료는 폴리에스테르, 폴리에스테르 혼합물, 면 등일 수 있다. 또한, 재료는 롤형 제품(예컨대, 롤형 니트 또는 직물) 및/또는 스풀 제품(예컨대, 얀, 실)일 수 있다. 재료는 염색과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 임의의 방식으로 압력 용기 내에 위치 설정될 수 있다.
블럭(1604)에서, CO2가 압력 용기 내에 도입된다. 외부 펌프는 CO2를 유지 탱크 등의 외부 공급원으로부터 압력 용기의 내부 체적으로 운반할 수 있다. CO2는 도입될 때에 액체 또는 기체 등의 임의의 상태일 수 있다. CO2는 블록(1606)에서 적어도 SCF 상태로 된다. 본 명세서에서 이미 논의된 바와 같이, CO2는 충분한 정련 작업을 달성하기 위해 소정의 수준으로 가열 및 가압될 수 있다.
목표 재료는 블럭(1608)에서 SCF CO2로 관류된다. 목표 재료의 SCF 염색과 달리, 정련 프로세스에서 목표 재료를 SCF CO2로 관류시키는 것은 목표 재료로부터 원치않는 요소를 제거하려는 의도가 있다. 일부 예에서, 압력 용기는 또한 SCF CO2와 정련된 요소의 결합을 돕는 계면 활성제 또는 다른 물질을 포함할 수 있다. 계면 활성제 또는 다른 물질은 목표 재료의 후속 염색(예컨대, 마감 처리)에 관해 공지되었거나 영향을 주지 않는 물질로부터 선택된다. 내부 펌프는 재료의 SCF 염색과 관련하여 위에서 유사하게 설명된 방식으로 목표 재료를 관류시키기 위해 SCF CO2를 순환시키도록 활성화될 수 있다.
블럭(1610)에서, 압력 용기를 CO2의 SCF 상태를 달성하는 조건으로 유지하면서 SCF CO2를 압력 용기로부터 교환한다. 외부 펌프는 교환을 야기하도록 활성화될 수 있다. 외부 펌프는 정련된 요소를 CO2로부터 제거하는데 효과적인 하나 이상의 트랩 또는 필터를 통과한 소정량의 CO2를 제거 할 수 있다. 외부 펌프는 압력 용기 내에 CO2(동일하거나 상이한 CO2)를 재도입할 수 있다. 따라서, CO2의 교환은 작용 CO2의 스크러빙이 정련된 요소를 압력 용기로부터 취출하게 한다. 정련된 요소를 함유하는 CO2의 교환은, 일부 예에서, 정련 프로세스 중에 정련된 요소가 압력 용기 상에 축적되는 것을 방지한다.
블럭(1612)에서, 정련된 요소는 취출된 CO2로부터 제거된다. CO2는 올리고머 및/또는 오일을 CO2로부터 제거하도록 트랩 또는 필터 프로세스를 통과할 수 있다. 이는 CO2가 재활용되어 결국 압력 용기로 다시 도입되게 한다. 따라서, 도 16의 방법은 CO2가 적어도 부분적으로 여과되어 압력 용기로 복귀되는 경우에도 목표 재료의 계속적인 관류를 나타낼 수있는 블럭(1608)으로의 복귀를 도시한다. 그러나, 예시적인 양태에서, 압력 용기는 정련 프로세스 중에 폐쇄 시스템이고, CO2는 오직 정련 프로세스의 완료 시에 압력 용기로부터 제거된다는 것이 예상된다.
도 17은 본 발명의 양태에 따른, SCF를 이용하는 연속적인 프로세스에서 재료를 정련 및 처리(예컨대, 염색)하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다. 일반적으로, 도 17의 방법은 2개의 주요 부분, 즉 정련 부분(1702) 및 염색(예컨대, 마감 처리) 부분(1704)을 포함한다. 정련 단계(1702)와 염색 단계(1704)는 연속적인 작동으로 수행될 수 있다. 이는, 재료를 정련하는 수조를 통해 롤형 제품을 풀고, 재료를 건조시키며, 이후의 염색 프로세스를 위해 재료를 다시 롤링하는 것을 필요로 할 수 있는 전통적인 정련과 대비된다. SCF 환경은 정련 단계(1702)의 블럭(1706)에 도시된 바와 같이 목표 재료(예컨대, 롤 또는 스풀)가 압력 용기 내에 위치 설정되게 한다.
정련 프로세스의 가압 단계가 블럭(1708)에 도시된 바와 같이 개시된다. 정련 프로세스의 정련 단계가 블럭(1710)에서 개시된다. 정련의 감압 단계는 블럭(1712)에서 압력 용기 내에서 개시된다. 본 명세서에 제공된 바와 같이, 정련 프로세스의 다양한 단계들은 재료, 조건, 또는 요인을 기초로 하여 조절될 수 있다.
예시적인 양태에서, 목표 재료를 압력 용기로부터 제거하는 일 없이, 염색 단계(1704)는 정련 단계(1702)의 완료 후에 수행될 수 있다. 대안적인 양태에서, 목표 재료는 마감 재료(예컨대, 염료)를 도입하도록 압력 용기로부터 제거될 수 있다. 일단 마감 재료가 목표 재료(예컨대, 목표 재료와 접촉하도록 배치된 염료를 갖는 희생 재료)에 도입되면, 목표 재료는 염색 단계(1704)가 완료되도록 압력 용기 내에서 다시 위치 설정될 수 있다. 따라서, SCF 정련에서 SCF 염색 프로세스로의 천이가 최소한의 중단으로 그리고 본질상 실질적으로 연속적으로 달성될 수 있다는 것이 예상된다.
블럭(1714)에서, 마감 재료는 목표 재료와 함께 압력 용기 내로 도입된다. 마감 재료는 염색을 위해 본 명세서에 예상되는 임의의 방식으로 도입될 수 있다. 블럭(1716)에서, 염색 프로세스의 가압 단계가 압력 용기 내에서 개시된다. 블럭(1718)에서, 염색 프로세스의 염색 단계가 압력 용기 내에서 개시된다. 블럭(1720)에서, 염색 프로세스의 감압 단계가 압력 용기 내에서 개시된다. 블럭(1722)에서, 목표 재료는 압력 용기로부터 제거된다. 도 17은 본 발명의 양태에 따라, 목표 재료가 정련 단계(1702)에서 SCF 프로세스에 의해 정련된 다음, 염색 단계(1704)에서 SCF를 이용하여 염색되는 것은 제공한다.
도 23 내지 도 26은 본 발명의 양태에 따른, SCF 정련의 사이클 동안의 상대 변수를 도시한다. 사이클은 가압 사이클(2308), 정련 사이클(2310), 세척 사이클(2311), 감압 사이클(2312), 및 완료 사이클(2314)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 정련 사이클(2310)과 세척 사이클(2311)은 본 명세서에 제공되는 몇몇 양태에서는 공통 사이클일 수 있다. SCF 염색과 관련하여 논의된 것과 유사한 변수는 온도(2302), 압력(2304), 내부 유량(2306), 및 외부 펌프(2307)를 포함한다. 전술한 도 18 내지 도 22와 마찬가지로, 변수의 묘사는 예시 목적을 위한 것이며, 실척으로 묘사되지 않는다. 또한, 본 명세서의 염색 프로세스와 관련하여 제공된 값 및 구성이 양태들의 정련 프로세스에 적용될 수 있다는 것이 예상된다. 따라서, 도 23 내지 도 26은 본질상 예시적이고 변수들의 구성으로 제한되지 않는다.
도 23은 본 발명의 양태에 따른 SCF 정련 프로세스를 위한 변수들의 예시적인 도시를 제공한다. 예컨대, 온도(2302)는 약 섭씨 80-90도에서 시작할 수 있고 외부 펌프(2307)는 온일 수 있으며, 내부 유량은 가압 사이클(2308)에서 약 240 m3/hr로 증가될 수 있다. 이러한 구성은 압력 및 온도가 정련 사이클(2310)을 위한 적절한 수준으로 증가함에 따라 CO2가 목표 재료에 대해 순환되게 한다. 정련 사이클(2310) 중에, 외부 펌프(2307)는 온도, 압력, 및 내부 유량이 유지되는 동안 턴 오프된다. 정련 사이클(2310)은 임의의 지속 시간(예컨대, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 분) 동안 작동할 수 있다. 예시적인 양태에서, 정련 사이클은 적어도 60 분 동안 작동된다. 세척 사이클(2311)은 온도(예컨대, 섭씨 100-125도), 압력(200-250 bar), 및 내부 유량(예컨대, 90-240 m3/hr)을 비교적 일정하게 계속 유지하지만, 외부 펌프(2307)는 다시 개시된다. 외부 펌프(2307)의 사용은 CO2의 상태를 변화시키기 전에 정련된 요소의 시스템을 세척하기 위하여 CO2를 교환하고 압력 용기로부터 정련된 요소(예컨대, 올리고머, 오일)를 취출할 수 있다. 세척 사이클(2311)은 임의의 시간(예컨대, 15, 30, 45, 60, 75, 90 분) 동안 작동할 수 있다. 예시적인 양태에서, 세척 사이클(2311)은 약 30 분이다. 감압 사이클(2312)은, 이 예에서, 온도, 압력, 및 내부 유량을 강하시킨다. 총 시간은 목표 재료의 특성 및/또는 정련이 일어나는 양에 기초하여 조절될 수 있다.
도 24는 본 발명의 양태에 따른 SCF 정련 프로세스를 위한 변수들의 예시적인 도시를 제공한다. 구체적으로, 이 예에서는, 별개의 세척 사이클이 생략된다. 또한, 외부 펌프(2307)는 이 예에서 가압 사이클(2308)에서만 작동하고 다른 정련 사이클(2310) 또는 감압 사이클(2312)에서는 작동하지 않는다. 예시적인 시나리오에서, 내부 유량(2306)은 예시적인 양태에서 가압 사이클(2308) 동안 90-130 m3/hr 범위에서 작동하고, 정련 사이클(2310) 동안 175-240 m3/hr 범위로 증가하고, 감압 사이클(2312) 동안 90-130 m3/hr 범위로 감소될 수 있다. 압력(2304)은 정련 사이클(2310)에서 250 bar를 달성할 수 있고 감압 사이클(2312)에서 130 bar로 감소될 수 있다. 염색 프로세스와 마찬가지로, 임의의 감압 속도가 사용될 수 있다. 예시적인 양태에서, 5 bar/분이 감압에 적용된다.
도 25는 본 발명의 양태에 따른 SCF 정련 프로세스를 위한 변수들의 예시적인 도시를 제공한다. 이 예에서, 내부 유량(2306)은 정련 사이클(2310) 및 감압 사이클(2312) 동안 유지될 수 있다. 또한, 외부 펌프(2307)는 감압 사이클(2308) 뿐만 아니라 감압 사이클(2312 동안에 온될 수 있다[정련 사이클(2310) 동안에는 오프됨].
도 26은 본 발명의 양태에 따른 SCF 정련 프로세스를 위한 변수들의 예시적인 도시를 제공한다. 이 예에서, 내부 유량은 상이한 사이클들 사이에서 변경될 수 있는 반면, 외부 펌프(2307)는 가압 사이클(2308) 동안 활성화되고 정련 사이클 동안 비활성화된다.
따라서, SCF 정련 프로세스 중에 변수들의 임의의 조합 및 값이 적용될 수 있다는 것이 예상된다. 예컨대, 온도, 압력, 유량, 시간, 및 외부 펌프는 모두 목표 재료에 적절한 정련 정도 및 목표 재료의 염색과 같은 후속 프로세스를 달성하기 위해 각각의 사이클 동안 조정될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 SCF 염색과 관련하여 논의된 변수는 SCF 정련에도 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, SCF 염색의 가압 사이클에 대한 변수들의 조합은 SCF 정련의 가압 사이클의 일부 양태에 적용될 수 있다. SCF 염색의 염색 사이클에 대한 변수들의 조합은 SCF 정련의 정련 사이클의 일부 양태에 적용될 수 있다. SCF 염색의 감압 사이클에 대한 변수들의 조합은 SCF 정련의 감압 사이클의 일부 양태에 적용될 수 있다.
특정한 특징 및 하위 조합이 유용하고 다른 특징 및 하위 조합을 참조하는 일 없이 채용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 이는 청구범위에 의해 예상되고 그 범주 내에 있다.
특정 요소들 및 단계들이 서로 관련하여 논의되지만, 본 명세서에서 제공된 임의의 요소 및/또는 단계들은, 본 명세서에 제공된 범위 내에 여전히 있으면서 명시적인 제공과 관계없이 임의의 다른 요소들 및/또는 단계들과 결합될 수 있는 것으로 고려된다. 많은 가능한 실시예가 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명으로 이루어질 수 있으므로, 본 명세서에 기재된 또는 첨부 도면에 도시된 모든 주제는 제한의 관점이 아니라 예시적으로 해석되어야 한다는 점이 이해될 것이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 그리고 이하에 열거된 청구항과 관련하여, "청구항들 중 어느 청구항"이라는 용어 또는 이 용어의 유사한 변형은 청구 범위의 특징이 임의의 조합으로 결합될 수 있도록 해석되는 것으로 의도된다. 예컨대, 예시적인 청구항 4는 청구항 1 및 청구항 4의 특징이 결합될 수 있고, 청구항 2와 청구항 4의 요소들이 결합될 수 있으며, 청구항 3과 청구항 4의 요소들이 결합될 수 있고, 청구항 1, 2 및 4의 요소들이 결합될 수 있으며, 청구항 2, 3 및 4의 요소들이 결합될 수 있고, 청구항 1, 2, 3 및 4의 요소들이 결합될 수 있으며, 및/또는 다른 변형들들이 가능할 수 있도록 해석되는 것으로 의도되는, 청구항 1 내지 3 중 어느 청구항의 방법/장치를 나타낼 수 있다. 또한, "청구항들 중 어느 청구항"또는 이 용어의 유사한 변형들은 위에서 제공된 몇몇 예들에 의해 나타낸 바와 같이 "청구항들 중 어느 하나"또는 그러한 용어의 다른 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (17)

  1. 목표 재료의 마감 처리 방법으로서,
    목표 재료를 압력 용기 내에 위치 설정하는 단계;
    압력 용기 내에 이산화탄소("CO2")를 도입하는 단계;
    압력 용기의 내부 온도를 작동 온도로 증가시키는 단계;
    압력 용기 내의 압력을 작동 압력으로 증가시키는 단계로서, CO2는 작동 온도와 작동 압력에서 초임계 유체("SCF") 상태에 있는 것인 단계;
    SCF CO2를 이용하여 목표 재료를 마감 재료로 관류하는 단계; 및
    온도를 문턱 온도로 감소시키기 전에, 압력을 작동 압력으로부터 천이 압력으로 감소시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 목표 재료는 스풀 재료이고, 상기 마감 재료는 상기 스풀 재료와 물리적으로 접촉하는 희생 재료 상에, 희생 재료 내에, 또는 희생 재료 상에 그리고 희생 재료 내에 포함되는 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 마감 재료를 이용한 목표 재료의 관류 중에 유량을 비-제로 유량으로 증가시키는 단계를 더 포함하고, 상기 유량은 175-240 m3/hr의 범위인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 압력을 작동 압력으로부터 감소시킨 후에, 유량을 90- 130 m3/hr의 범위의 유량으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 목표 재료의 마감 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 작동 온도는 섭씨 100 - 125도의 범위인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 작동 압력은 300 bar 미만인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 작동 압력은 225 내지 275 bar의 범위인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 작동 압력은 250 bar인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 작동 압력과 작동 온도는 600 Kg/m³ 미만의 CO2 밀도를 생성하는 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 작동 압력과 작동 온도는 566 - 488 Kg/m³ 범위의 CO2 밀도를 생성하는 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 압력 감소는 분당 1 - 10 bar의 범위인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 압력 감소는 분당 5 bar인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 천이 압력은 100 - 225 bar인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 문턱 온도는 섭씨 100도인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 문턱 온도는 작동 온도인 것인 목표 재료의 마감 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서, 온도를 작동 온도로 증가시키는 단계는, 작동 온도를 달성하기 전에, 5 내지 10 분 동안 섭씨 90 내지 110도의 단계 온도에서 상기 온도를 유지시키는 단계를 포함하는 목표 재료의 마감 처리 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    압력을 천이 압력으로 감소시킨 후에, 온도를 문턱 온도로부터 감소시키는 단계
    를 더 포함하는 목표 재료의 마감 처리 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    압력을 천이 압력으로 감소시킨 후에, 유량을 문턱 유량으로부터 감소시키는 단계
    를 더 포함하는 목표 재료의 마감 처리 방법.
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