KR20230133517A - 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 상압플라즈마 장치를 사용하여 표면처리를 하되 플라즈마 처리시 하부에서 에어 석션장치를 이용하여 플라즈마를 흡입하면 섬유원단을 통과하는 플라즈마에 의해 원단 표면에 보다 많은 양의 이온 , 전자 및 라디컬을 섬유 내부로 깊숙이 도달할 수 있도록 하여 정련 및 세정 효과의 증대 그로인한 염색성 등이 향상되는 효과가 있는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 관한 것인 바, 본 발명은 섬유원단을 염색하는 염색 가공방법에 있어서, 연속전처리공정과 건조공정을 생략하고 섬유원단을 개폭하여 준비하고 상기 섬유원단을 플라즈마 전처리장치의 플라즈마인입구에 투입하고, 플라즈마전처리장치의 원단토출부는 CPB패더인입구와 연동하여 투입된 섬유원단을 플라즈마처리 환경하에 따라 플라즈마 전처리공정을 포함하는 것에 그 특징이 있다.
Description
본 발명은 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 상압플라즈마 장치를 사용하여 표면처리를 하되 플라즈마 처리시 하부에서 에어 석션장치를 이용하여 플라즈마를 흡입하면 입체적인 섬유원단 내부를 통과하는 보다 많은 양의 이온 , 전자 및 라디컬을 섬유 내부로 깊숙이 도달할 수 있도록 하여 정련 및 세정 효과의 증대와 그로인한 염색성 등이 향상되는 효과가 있는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 관한 것이다.
섬유 염색 공정 중 발생되는 많은 양의 폐수 발생을 줄이기 위하여 디지털날염(DTP), 초임계유체염색 기술 등 물 없는 염색법에 대한 연구가 진행되고 있으나 가장 많은 폐수를 발생시키고 있는 전처리(정련, 표백)공정에 대한 문제점은 간과되고 있으며 주로 사용되어지는 화학약품과 계면활성제 개발에 의존하고 있는 실정이다.
플라즈마(Plasma)는 섬유상의 각종 유기물을 분해시켜 이산화탄소와 물, 질소가스로 공기 중에 방출시키는 최첨단 청정기술로 물과 화학약품을 전혀 사용하지 않는 Dry process로 환경에 부하를 줄이고 에너지사용을 절감시킬 수 있는 혁신적인 연속 호발 정련 기술로 다양한 처리 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있으나 아직까지 상용화되지 못한 상황이다.
종래의 플라즈마를 이용하는 직물을 표면처리 방법으로는, 1995.4.18에 특허된 미국특허 제5407446호, 1995.7.25에 특허된 미국특허 제5435156호, 1995.10.20 공고의 국내 특허공보 제1995-0012679호에 개시된 발명을 예로 들 수 있다. 이들 특허에 개시된 방법들은 상업적으로 생산되는 장척의 옷감원단의 표백전처리방법 및
장치로서, 먼저 저온 플라즈마를 이용하여 장척의 옷감원단에 부착되어 있는 호제와 불순물 등을 파괴시켜서 호발처리(또는 풀빼기 정련처리)를 시행한 후 오존 분위기에서 자외선을 다시 상기 호발 처리된 장척의 옷감원단에 조사시켜서 표백처리를 행하도록 하고 있다. 또한, 1989.11.15 공고의 국내 특허공보 제1989-0016572호에 개시된 발명을 예로 들 수 있다. 이 특허에 개시된 방법은 플라즈마를 저압가스 속에서 생성 및 작용시키고 직물표면에 미세한 요철부를 연속적으로 형성하여 직물원단의 표면처리가 효율적으로 이루어지도록 하고 있다.
상기 종래의 저온 플라즈마 기술을 이용하는 직물의 표면 처리방법들은 플라즈마로 호제나 불순물들을 분해시키기 때문에 종래의 습식 공정에 비하여 다량의 폐수를 배출하지 않게 되어 수질오염의 유발을 방지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
그러나, 상기의 저온 플라즈마 기술은 직물의 표면에 부착되어 있는 호제나 불순물을 제거하는데 사용된 것으로, 이와 같은 전처리 공정을 그대로 염색직물의 세척공정에 적용하기에는 미 흡착 염료나 불순물이 충분히 제거되지 않게 되어서 양호한 품질의 염색물을 얻을 수 없기 때문에 이를 위해서는 상기 미 흡착 염료나 불순물을 더욱더 제거시키기 위한 별도의 후속공정이 필요하게 되는 문제점을 가지고 있다.
상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 플라즈마기술의 적용은 장치가 간단하고 저가구성이 가능하고, 소재의 물성 자체의 손상 없이 표면만의 개질 처리가 가능한 장점을 가지고 있다. 또한, 처리 중 약제 등에 의한 폐액이나 폐기물 발생이 전혀 없고, 모든 처리가 대기압 하에서 이루어지기 때문에 안정하면서도 한층 고밀도의 라디칼(Radical)을 생성하기 때문에 인라인(In-line)에서의 고속처리가 가능하며, 섬유원단을 통과하는 플라즈마에 의해 원단 표면에 보다 많은 양의 이온 , 전자 및 라디컬을 섬유 내부로 깊숙이 도달할 수 있도록 하여 정련 및 세정 효과의 증대 그로인한 알칼리액이나 계면활성제 등의 사용에 따른 환경 폐수 발생을 개선하여 친환경적이고, 섬유의 염색 및 고착 공정에서의 염색성과 균일성을 향상시킨다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 플라즈마 처리기술의 장점을 바탕으로 친환경 플라즈마 기술을 적용한 섬유의 전처리방법이 적용되어 화학약품을 절감하고, 전처리시 사용되는 용수를 절감하며, 유해물질 배출 절감 및 처리비용의 절감효과가 우수한 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
이러한 본 발명의 목적은 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 있어서, 섬유원단을 개폭하여 준비하고 상기 섬유제품을 플라즈마 전처리장치의 플라즈마인입구에 투입하면 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 고정 설치된 플라즈마장치를 이용하여 플라즈마를 섬유원단에 조사하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 플라즈마 전처리공정과; 상기 플라즈마 처리된 섬유원단을 염료로 패딩하는 패딩공정과; 상기 패딩공정완료 후 염색직물을 펼쳐서 증열기로 숙성하는 숙성공정과; 상기 숙성공정을 마친 숙성된 염색직물의 표면을 세척하는 수세공정과; 상기 수세공정을 마친 염색직물을 건조하는 건조공정과; 순에 의해 섬유원단을 염색하는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 의하여 달성된다.
상기 플라즈마 전처리공정은 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 노즐이 고정 설치된 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단에 조사함과 동시에 원단 하부에 설치된 에어 석션장치로 흡입하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 의하여 달성된다.
상기 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단에 조사될 때 섬유원단에 조사되는 빔의 일부가 중첩되게 조사되는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 친환경 플라즈마 기술을 적용한 섬유제품의 염색 가공 방법으로부터 기대할 수 있는 효과는 아래와 같다.
1. 기술적 기대효과
- 플라즈마 장치와 섬유 연속전처리장비와의 접목을 통한 용수, 스팀, 에너지 절감형 친환경 공정시스템 구현으로 유럽의 선진 섬유기계 메이커와의 차별화 기술 확보할 수 있다.
- 섬유용 플라즈마 장치를 활용한 다양한 기능성 가공 기술 접목이 가능함에 따라 친수성, 소수성 부여를 이용한 스마트의류용 섬유, 산업용 섬유, 의료용 섬유 등 다양한 분야 소재로 사용 가능한 효과가 있다.
2. 환경, 산업적 기대효과
- 염색산업과 같이 폐수발생량이 많은 산업의 경우 전처리공정에서 발생되는 유해 물질량을 대폭 감소시킬 수 있어 제품생산에 따른 세계적 환경 규제의 문제 해결 및 공해산업의 부정적 인식 전환을 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 염색 가공 방법의 공정을 예시한 공정도.
도 2는 본 발명의 기술적 요지인 플라즈마장치를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공 방법의 공정도.
도 3은 종래 엽색공정과 본 발명의 염색공정을 비교한 도표.
도 4는 본 발명의 기술적 요지인 플라즈마장치를 이용하여 빔을 조사할 경우 원자의 이동을 보여주는 예시도.
도 5a는 본 발명에 사용된 플라즈마장치의 구조를 보여주는 정면사시도
도 5b는 본 발명에 사용된 플라즈마장치의 구조를 보여주는 배면사시도
도 6a는 면을 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 6b는 폴리에스터를 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 6c는 나일론을 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 7은 면을 이용한 섬유원단의 흡수성과 CPB 염색에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 8은 플라즈마 처리가 된 섬유원단면 플라즈마가 미 처리된 섬유원단의 흡수성을 보여주는 사진.
도 9는 플라즈마 처리 유무에 따른 염색성 변화를 측정한 그래프.
도 2는 본 발명의 기술적 요지인 플라즈마장치를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공 방법의 공정도.
도 3은 종래 엽색공정과 본 발명의 염색공정을 비교한 도표.
도 4는 본 발명의 기술적 요지인 플라즈마장치를 이용하여 빔을 조사할 경우 원자의 이동을 보여주는 예시도.
도 5a는 본 발명에 사용된 플라즈마장치의 구조를 보여주는 정면사시도
도 5b는 본 발명에 사용된 플라즈마장치의 구조를 보여주는 배면사시도
도 6a는 면을 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 6b는 폴리에스터를 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 6c는 나일론을 이용한 섬유원단의 흡수성과 침염에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 7은 면을 이용한 섬유원단의 흡수성과 CPB 염색에 의한 염색성을 보여주는 그래프
도 8은 플라즈마 처리가 된 섬유원단면 플라즈마가 미 처리된 섬유원단의 흡수성을 보여주는 사진.
도 9는 플라즈마 처리 유무에 따른 염색성 변화를 측정한 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
보통 Batch식 염색의 경우 순수 염색공정에서의 물 사용량은 전체의 20% 내외로 알려져 있고 연속식 염색인 Cold-Pad-Batch의 경우 전처리와 세정과정에서 전체의 95% 이상의 물을 사용하기 때문에 기존 친환경 전처리 공정인 연속전처리장비와 연동할 수 있는 플라즈마(Plasma)기술 적용은 물 사용량 절감을 통한 폐수발생을 근본적으로 줄일 수 있을 것으로 판단되고, 또한 염색공정 중 발생되는 폐수발생량을 절감할 수 있는 DTP(Digital Textile Print), CPB(Cold Pad Batch)염색기와의 연속공정 시스템 설계는 소재 및 특징에 따라 정련공정을 생략할 수도 있을 것으로 예상되며, 플라즈마(Plasma)를 통한 용수절감, 화학약품절감, 다양한 기능성부여 가공기술을 접목할 수 있어 차별화된 기술전개가 가능할 것으로 판단되어 본 발명을 완성하게 되었다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 염색 가공 방법의 공정을 예시한 공정도이고, 도 2는 본 발명의 기술적 요지인 플라즈마장치를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공 방법의 공정도로써 이에 따른 본 발명의 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법은 섬유원단을 개폭하여 준비하고 상기 섬유제품을 플라즈마 전처리장치의 플라즈마인입구에 투입하면 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 고정 설치된 플라즈마장치를 이용하여 플라즈마를 섬유원단에 조사하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 플라즈마 전처리공정과, 상기 건조된 섬유원단을 염료로 패딩하는 패딩공정과, 상기 패딩공정완료 후 염색직물을 펼쳐서 증열기로 숙성하는 숙성공정과 상기 숙성공정을 마친 숙성된 염색직물의 표면을 세척하는 수세공정과, 상기 수세공정을 마친 염색직물을 건조하는 건조공정 순에 의해 섬유원단을 염색하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 종래 염색방법에서 전처리와 건조 공정을 생략하고 플라즈마 처리가 가능한 공정으로 단순화하여 염색방법을 간단하고 간편하게 구성시키는 것으로 상기 본 발명의 플라즈마 전처리공정은 일정한 속도로 이동되는 섬유원단(10)에 고정 설치된 플라즈마장치(20)를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단(10) 표면에 조사함과 동시에 원단 하부에 설치된 에어 석션장치(20)로 흡입하여 섬유원단(10)의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 것으로 섬유원단을 개폭하여 준비하고 상기 섬유제품을 플라즈마 전처리장치의 플라즈마인입구에 투입하면 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 고정 설치된 플라즈마장치를 이용하여 플라즈마를 섬유원단에 조사하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 플라즈마 전처리공정을 수행한다.
상기 플라즈마 처리시의 상압플라즈마 세기(전력량)는 10 내지 600W인 것이 바람직하다. 상압플라즈마의 세기가 10W 미만에서는 플라즈마의 발생량이 너무 적어 섬유 표면에 영향을 주는데 적합하지 못하고, 600W를 초과하는 경우에는 섬유 표면에 손상을 주며 섬유가 끊어지고 타버릴 우려가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 플라즈마 처리시의 상압플라즈마 처리 시간은 1m/min~30m/min인 것이 바람직하다. 1초 미만에서는 화학적 반응이 일어나기 어려우며, 600초를 초과하면 섬유 표면이 손상되어 섬유 자체가 타버리는 현상이 발생되기 때문이다. 상기 플라즈마 처리시 분위기는 에어만 사용하지만 질소가스도 같이 사용할 수 있다.
상기 플라즈마 처리시 전극과 섬유원단과의 거리는 1 내지 50mm인 것이 바람직하다. 섬유원단과 전극간의 거리가 1㎜보다 짧을 경우, 처리가 어렵고 반대로 50 ㎜를 넘을 경우에는 플라즈마의 세기가 약해져서 섬유원단에 영향을 주기 어렵다.
또한, 플라즈마 처리시의 주파수는 플라즈마를 안정적으로 형성시키는 13.56 ㎒인 것이 바람직하며, 캐리어 가스(에어 또는 질소)의 주입량은 매스 플로우 컨트롤러(Mass Flow Controller, MFC)를 사용하여 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다.
한편 상기 패딩공정 완료 후 염색직물을 펼쳐서 증열기로 숙성하는 숙성공정과, 상기 숙성공정을 마친 숙성된 염색직물의 표면을 세척하는 수세공정 및 상기 수세공정을 마친 염색직물을 건조하는 건조공정 순에 의해 섬유원단을 염색한다.
여기서 상기 플라즈마 전처리공정은 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마장치(20)를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단(10)에 조사함과 동시에 원단 하부에 설치된 에어 석션장치(30)로 흡입하면 플라즈마가 섬유사와 섬유사의 사이로 강제 이동되기 때문에 섬유원단의 표면의 접촉시간과 접촉량고 또한 섬유 깊숙히 증착되기 때문에 플라즈마 효과가 현저히 증가한다.
본 발명의 플라즈마 방전은 물과 화학약품을 전혀 사용하지 않는 Dry process로 환경에 부하를 줄이고 에너지사용을 절감시킬 수 있으며 특히 오존과 아산화질소 혹은 불소 라디칼을 발생시키게 되고, 이들이 섬유와 반응하는 과정을 거쳐 여러 생성물을 발생시키게 되며, 대기중으로 방출되는 오존과 아산화질소 혹은 불소 라디칼 들이 그대로 대기중으로 방출하지 못하게 집진하게 되는 효과도 얻을 수 있다.
또한 에어 석션장치(30)에 의해 원단이 흔들리는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있으며 더불어 노즐이 고정 형태일 경우 많은 수의 노즐이 필요하나 본 발명의 회전 형태의 플라즈마 장치를 사용하여 플라즈마 빔을 중첩되게 형성시키면 플라즈마장치(20)를 이 콤팩트하게 소형화 할 수 있다.
한편 상기 에어 석션장치(30)에는 도면상 미도시된 이온발생기를 더 부착하여 플라즈마를 더 빠르게 집속 및 포집할 수 있는 효과가 있으며 이온 발생기와 함께 마그네틱을 더 부착 설치하여 사용할 수도 있다. 상기 이온발생기의 양이온 또는 음이온 생성과 마그네틱의 자성에 따라서 플라즈마 효율을 극대화 힐 수 있다.
상기 플라즈마 처리된 섬유원단을 염료로 패딩하는 패딩공정을 수행한다. 상기 패딩공정(S200)은 섬유원단을 염색조에서 염료로 특정 색으로 염색하기 위한 공정으로 분말과 액상의 어느 하는 또는 이들의 합성된 재료로 이루어진 염료에 의하여 섬유원단을 염색하고 있다. 여기서 상기 염색조의 염색온도는 120℃～140℃인 것이 바람직하다.
한편 섬유의 전처리 테스트를 위해 생산 및 소비량이 높은 섬유 3종(면, 폴리에스터, 나일론)을 선정하여 표면처리에 대한 효과(전처리 및 염색)에 대하여 실험을 실시하였다.
| 종래 습식 전처리 | ||
| 소재 | 조제 | 온도 및 시간 |
| 면 | 정련제 1g/L, 가성소다 1g/L | 98℃, 20min |
| 폴리에스터 | 정련제 1g/L, 가성소다 1g/L | 98℃, 20min |
| 나일론 | 정련제 1g/L, 가성소다 1g/L | 98℃, 20min |
| 플라즈마 전처리 | |||
| 소재 | 가스 및 유량 | 전압 | 처리속도 |
| 면 | CDA, 20~25L/min | 20w | 10, 20, 30, 40m/sec(단면), 10m/sec(양면) |
| 폴리에스터 | CDA, 20~25L/min | 20w | 10, 20, 30, 40m/sec(단면), 10m/sec(양면) |
| 나일론 | CDA, 20~25L/min | 20w | 10, 20, 30, 40m/sec(단면), 10m/sec(양면) |
상기와 같이 종래와 본 발명에 의해 각각 처리된 섬유원단을 가지고 아래와 같은 조건으로 염색을 실시하였다.
| 염색(침염) | |||
| 소재 | 염료 및 농도 | 염색(온도 및 시간) | 소핑(온도 및 시간) |
| 면 | Blue 3% | 60℃, 60min | 80℃, 20min |
| 폴리에스터 | Blue 2% | 130℃, 60min | 80℃, 20min |
| 나일론 | Blue 1.5% | 100℃, 60min | 80℃, 20min |
상기와 같이 염색된 시료에서 20cm×2.5cm의 시험편을 채취하고 시험편을 (20±2)℃의 증류수가 들어 있는 용기의 수면에 한쪽 끝이 닿도록 하여 일정한 높이로 수평봉으로 정지시킴. 10min 경과 후 모세관 현상으로 물이 상승하는 높이(mm)를 측정(KS K 0642 B법(바이렉법))한 후 분광측색계를 이용하여 시료의 색상을 측정하고 K/S 값의 비교를 통한 염색 성능 평가를 실시하였다.
상기 실험을 통해 첨부도면 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 흡수성 및 염색성을 보였다. 실험 결과는
① 면 섬유의 흡수성 및 염색성(침염)(도 6a 참조)
- 면 섬유의 경우 전처리 전 흡수거리는 0mm로 흡수성이 미흡하며 기존 습식 정련법으로 처리시 흡수거리는 98mm로 나타남.
- 면 섬유의 플라즈마 전처리 시 처리속도 10mm/sec에서 131mm으로 우수한 결과를 나타냈으며 처리속도가 빨라질수록 흡수성이 감소하는 것으로 나타남.
- 또한 10mm/sec에서 양쪽면 처리시 흡수거리는 155mm로 기존 정련법 및 단면 처리한 시료의 흡수거리에 비해 향상된 값을 나타냄.
- 미처리 및 전처리 시료의 염색 후 K/S 측정 결과 10mm/sec 플라즈마 처리 시료의 K/S 값은 26.18로 가장 높게 나타났으며 10mm/sec(양면) 처리 시료는 25.33으로 기존 정련 시료에 비해 향상된 결과를 보임.
- 미흡한 흡수성을 보인 20mm/sec 이상 플라즈마 처리 시료의 경우 K/S 값은 기존 시료와 유사한 값을 나타냈으며, 플라즈마 처리에 따른 섬유 표면의 이물질 제거가 일부 이루어진 것으로 판단됨.
② 폴리에스터 섬유의 흡수성 및 염색성(침염)(도 6b 참조)
- 폴리에스터 섬유의 경우 전처리 전 시료의 흡수거리는 25mm로 흡수성을 가지고 있는 것으로 나타났으며 기존 습식 전처리 후 흡수거리는 93mm로 우수하게 나타남.
- 10mm/sec에서 플라즈마 처리시 70mm의 흡수속도를 나타냈으며 처리속도가 증가할수록 흡수거리가 감소하는 것으로 나타남.
- 특히 10m/sec로 양면 플라즈마 처리시 흡수거리는 120mm로 기존 습식 전처리에 비해 29% 향상되어 우수하게 나타남.
- 상기의 전처리 시료의 염색 후 K/S 값은 기존 전처리 시료가 19.26으로 가장 우수하게 나타났으며 다음으로 10mm/sec에서 플라즈마 양면 처리 시료가 18.93으로 높은 값을 보임.
- 폴리에스터 섬유의 경우 미처리 시료 및 플라즈마 단면 처리 시료 4종의 K/S값은 17~18 수준으로 유사하게 나타났으며, 전처리가 염색성에 미치는 영향이 미비한 것으로 판단됨.
③ 나일론 섬유의 흡수성 및 염색성(침염)(도 6c 참조)
- 나일론 섬유의 경우 미처리, 기존 전처리 및 본 발명의 기술에 의한 플라즈마 처리 시료 모두 135~140mm 흡수거리를 나타냈으며 미처리 시료의 흡수성이 높아 전처리의 영향이 미비한 것으로 나타남.
- 염색 후 시료의 K/S는 기존 전처리, 10mm/sec 양면 및 단면 플라즈마 처리 시료의 염색성이 미처리 시료에 비해 약 15% 가량 향상된 것으로 나타남.
④ 면 섬유의 염색성(CPB, Water bath)(도 7 참조)
- 면 섬유는 침염 이외에도 CPB 염색이 가능하며 플라즈마 건식 전처리 공정과 연계시 추가적인 용수 및 에너지 절감이 가능.
- 전처리에 의해 향상된 K/S 값은 약 5% 수준으로 상승폭이 크지 않지만 미처리 시료의 경우 부족한 흡수성으로 인해 염액이 균일하게 흡수되지 못하고 심각한 불균염이 발생되었으며 반면에 전처리 시료 2종은 균일한 염색성을 나타내었음.
한편 본 발명에서는 플라즈마장치를 고정 형태인 것으로 설명하고 있으나 크기를 콤팩트하게 줄이기 위해 첨부도면 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 플라즈마장치(20)는 바디(22)에 노즐(21)이 일정한 간격으로 설치되고 바디(22)가 회전되는 것으로 구조이다.
상기와 같이 플라즈마장치(20)를 회전 형태로 변경하여 플라즈마 빔이 겹치어지도록 하면 상기 조사되는 플라즈마 빔이 섬유원단 표면에 중첩되게 되면서 넓은 면적으로 조사된다.
이를 아래 표4를 통해 살펴보면 다음과 같다.
| 노즐 1개 처리 | 조건1(노즐+노즐)중첩 | 조건2(노즐+노즐)중첩 |
| 속도 : 10mm/sec | 속도 : 10mm/sec | 속도 : 10mm/sec |
| 플라즈마 Gap : 4mm | 플라즈마 Gap : 4mm | 플라즈마 Gap : 4mm |
| Air량 : 25L/min | Air량 : 25L/min | Air량 : 40L/min |
| 처리 폭 : 3.5mm | 처리 폭 : 6.2mm | 처리 폭 : 4 mm |
| 조건3(노즐+노즐)중첩 | 조건4(노즐+노즐)중첩 | 조건5(노즐+노즐)중첩 |
| 속도 : 20mm/sec | 속도 : 30mm/sec | 속도 : 50mm/sec |
| 플라즈마 Gap : 4mm | 플라즈마 Gap : 5mm | 플라즈마 Gap : 6mm |
| Air량 : 40L/min | Air량 : 50L/min | Air량 : 50L/min |
| 처리 폭 : 3.5mm | 처리 폭 : 3mm | 처리 폭 : 1.8 mm |
상기에서와 같이 고정 상태의 노즐 1개로 처리 가능한 너비는 약 3.5mm이며, 이를 플라즈마장치를 회전시켜 노즐 2개 처리시 중첩되는 폭은 6.2mm로 넓게 형성시킬 수 있다. 상기와 같이 플라즈마 빔을 중첩되도록 하려면 원단의 이동속도 및 플라즈마장치의 회전속도, 에어량, 노즐 형태 등을 고려하여야 한다.
상기에서와 같이 노즐이 회전하게 되어 플라즈마 빔이 중첩되면 적은 수의 노즐로 넓은 면적 처리가 가능하고, 적은 수의 노즐로 파워써플라이의 용량을 적게 사용할 수 있는 이점과, 고정형은 부분 파손시 전체를 교환하여야 하지만 본 발명과 같이 부분적인 교환 및 수리가 가능하고 또한 노즐의 부분 파손시 종래의 고정형에서는 플라즈마 빔이 조사되지 않는 부분이 나타나 불량이 발생하나 본 발명에서와 같이 플라즈마 빔이 중첩되면서 조사되기 때문에 불량율이 극감되는 이점 등이 있다.
면, 폴리에스터, 나일론, 면 스판덱스의 물방울에 대한 접촉각은 아래 표와 같다.
| 접촉각 시험 | 평균 각도(°) | |
| 면 | 120.31° | |
| 폴리에스터 | 123.94° | |
| 나일론 | 120.72° | |
| 면 스판덱스 | 122.45° |
상기에서 알 수 있듯 면, 폴리에스터, 나일론, 면 스판덱스 소재의 생산시 원료의 특성 및 공정에 따라 발생되는 이물질은 섬유표면에 물리적으로 부착되어 있거나 화학적으로 결합되어 육안으로 확인하기 어려운 경우도 있기 때문에 수세 공정에서 후공정에 문제가 될 수 있는 불순물을 제거해주어야만 염색공정에서 좋은 결과를 얻을 수 있는데 첨부도면 도 8에 도시된 바와 같이 플라즈마 전처리공정으로 처리되지 않은 소수성을 띤 미정련 섬유원단의 플라즈마 처리 후 물방울을 떨어트린 결과 즉시 흡수하여 수세 또는 정련 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
여기서 알수 있듯 상기 본 발명에 따른 염색공정과 기존염색공정을 비교실시하여 기존 염색공정과 상기 실시예의 염색공정에 따른 생산비용을 비교하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 6에서 보여지는 바와 같이, 플라즈마 전처리공정을 적용하였을 시, 생산단가를 현저히 절감할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 용수사용이 절감되고, 화공약품 및 조제의 사용량이 절감되어 폐수의 발생량이 현격히 줄어들어 폐수 처리비용 등이 현저히 저하된 것을 알 수 있어 친환경적인 염색공정을 제공할 수 있음을 알 수 있었다.
한편 첨부도면 도 9에 도시된 바와 같이 CPB 염색은 흡수도에 따라 염색성 차이가 크게 발생하는 염색법으로, 플라즈마 처리 유무에 따른 염색성 변화를 측정한 결과 플라즈마 처리 시료가 플라즈마 미처리 시료보다 19~26%이상의 염색 농도가 향상되었다.
이와 같은 플라즈마 전처리공정을 사용하여 표면처리를 실행 하되 플라즈마 처리시 하부에서 에어석션장치를 이용하여 플라즈마를 흡입하면 섬유원단을 통과하는 플라즈마 빔에 의해 원단 표면에 보다 많은 양의 전자 및 원자가 결합하고 또한 섬유원단의 내부에 깊숙히 전자 및 원자가 침투되어 정련 및 세정의 효과가 증대되고 그로인해 알칼리액이나 계면활성제 등의 사용에 따른 환경 폐수 발생을 개선하여 친환경적이고, 섬유의 염색 및 고착 공정에서의 염색성과 균일성을 향상시키며, 플라즈마 빔의 화학적 방법을 적용함으로써 공정이 간단하고 비용이 현저하게 줄어드는 등의 효과를 얻을 수 있다.
Claims (3)
- 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법에 있어서,
섬유원단을 개폭하여 준비하고 상기 섬유제품을 플라즈마 전처리장치의 플라즈마인입구에 투입하면 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 고정 설치된 플라즈마장치를 이용하여 플라즈마를 섬유원단에 조사하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 플라즈마 전처리공정과;
상기 플라즈마 처리된 섬유원단을 염료로 패딩하는 패딩공정과;
상기 패딩공정완료 후 염색직물을 펼쳐서 증열기로 숙성하는 숙성공정과;
상기 숙성공정을 마친 숙성된 염색직물의 표면을 세척하는 수세공정과;
상기 수세공정을 마친 염색직물을 건조하는 건조공정과;
순에 의해 섬유원단을 염색하는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 전처리공정은 일정한 속도로 이동되는 섬유원단의 상단에 노즐이 고정 설치된 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단에 조사함과 동시에 원단 하부에 설치된 에어 석션장치로 흡입하여 섬유원단의 표면에 부착된 유기물을 제거하면서 섬유 표면에 친수성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마 빔을 섬유원단에 조사될 때 섬유원단에 조사되는 빔의 일부가 중첩되게 조사되는 것을 특징으로 하는 연속식 상압 플라즈마를 적용한 친환경 전처리방법이 적용된 염색 가공방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal |