WO2018128252A1 - 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조 - Google Patents

균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조 Download PDF

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WO2018128252A1
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WO
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dyeing
carbon dioxide
supercritical carbon
dye
chamber
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PCT/KR2017/011583
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Inventor
김희동
이재형
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(주)대주기계
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    • D06B23/14—Containers, e.g. vats
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D06B23/042—Perforated supports

Definitions

  • the present invention relates to a supercritical carbon dioxide dyeing tank for improving the leveling, and more particularly, a plurality of inlet / outlet ports are provided in the dyeing chamber, and the diameter of the dye injection hole of the dyeing beam is relatively high.
  • the ends located large and far from the inlet are linearly changed to be relatively small in size, so that the amount of supercritical carbon dioxide dissolved in the dye supplied to the dyeing beam in the mixing tank is uniformly discharged from the entire surface of the dyeing beam when passing through the fabric.
  • the inlet / outlet arrangement of the dyeing chamber is arranged asymmetrically, and a spiral guide collar is formed on the inner wall of the dyeing chamber to form the entire inside of the dyeing chamber. Applying the same pressure to the fabric and supplying the same amount of dye so that It relates to Article supercritical dyeing for improving salt.
  • the critical point the temperature and vapor pressure in which the two states of liquid and gas are indistinguishable is called the critical point, and when the critical state is exceeded, that is, the substance is neither gas nor liquid, which is a supercritical fluid. It is called (Supercritical Fluid).
  • This supercritical fluid has inherent characteristics that are different from ordinary gases and liquids.
  • Supercritical fluids are intermediate in physical properties between gases and liquids, and can undergo rapid changes in physical properties due to slight changes in pressure and temperature, and have physical properties such as good diffusion and high mass transfer rates.
  • Supercritical carbon dioxide among supercritical fluids has been applied to various industrial processes in recent years because they have similar diffusivity and viscosity as gases, but have density characteristics close to those of liquids.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing machine properly uses the characteristics of the supercritical carbon dioxide, and uses a new dyeing method in which the dye is mixed with the supercritical carbon dioxide and penetrated into the fiber, which is different from the conventional water-based dyeing machine which mainly uses water. It is a dyeing method.
  • supercritical carbon dioxide dyeing does not use water at all, and it has the advantage of allowing dye to penetrate into the inside of the fiber tissue by using the thermal properties of supercritical carbon dioxide.
  • there is no water used in the dyeing process there is no fear of dye desorption during drying or washing.
  • Patent Document 1 an industrial supercritical fluid dyeing machine is presented.
  • Industrial supercritical fluid dyeing device of Patent Literature 1 is a dyeing tank means for fixing the hydrophobic fiber winding, flow conversion means for converting the supercritical fluid flow to the wound fibers to be uniform and rapid dyeing, dye input Dye tank means, supercritical fluid circulation circulation means for increasing the contact frequency between dye dissolved in supercritical carbon dioxide and fiber, heat exchanger means for heating or cooling supercritical fluid, dyeing apparatus by cooling carbon dioxide stored in the storage tank Carbon dioxide supply means for supplying to the pressurized pump, carbon dioxide recovery means for decompressing and cooling the carbon dioxide after the dyeing process is completed and recovered to the storage tank with a recovery pump, and the like high pressure dyeing means connected to the high pressure pipe.
  • FIG. 1 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing machine 10 includes a liquid carbon dioxide storage tank 11, a carbon dioxide cooler 12, a high pressure carbon dioxide pump 13, a preheating heater 14, a mixing tank 15, a dyeing tank 16, and a separator ( 17), gaseous carbon dioxide storage tank 18, and the like.
  • the liquid carbon dioxide supplied from the liquid carbon dioxide storage tank 11 is supplied to the preheating heater 14 through the carbon dioxide cooler 12 and the high pressure carbon dioxide pump 13.
  • the preheater 14 heats carbon dioxide in a liquid state to produce supercritical carbon dioxide at a desired operating temperature and pressure, and supplies it to the mixing tank 15.
  • the mixing tank 15 mixes a dye with carbon dioxide in a supercritical state and supplies it to the dyeing tank 16.
  • the dye bath 16 supplies a mixture of supercritical carbon dioxide and dye to the fabric, where the supercritical carbon dioxide permeates the dye into the fabric.
  • the supercritical carbon dioxide used in the dye bath 16 is supplied to the separator 17, and the separator 17 evaporates the carbon dioxide to remove excess dye and residues.
  • the gaseous carbon dioxide separated from the separator 17 is stored and reused in the gaseous carbon dioxide storage tank 18.
  • reference numeral 19 denotes a circulation pump.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing machine 10 mixes the dye with the supercritical carbon dioxide in the mixing tank 15 and supplies the dye to the dyeing beam installed at the inner center of the dyeing tank 16.
  • the fabric In the case of dyeing the fabric, the fabric is wound around the outer circumference of the dyeing beam, and then the dye dissolved by the supercritical carbon dioxide is supplied to the fabric through a plurality of dye spray holes formed in the dyeing beam.
  • the supercritical carbon dioxide containing dye is supplied to the inlet of the dyeing beam to flow through the plurality of injection holes into the fabric, and in the process, the dye dissolved in the supercritical carbon dioxide penetrates into the fiber.
  • the supercritical carbon dioxide dye tank according to the prior art has a form in which supercritical carbon dioxide supplied in the axial direction of the dyeing beam is gathered and discharged into one of the dyeing chambers, in the case of large dyeing, thick salts are formed near the dye outlet of the dyeing chamber. To reduce the quality of the product.
  • the present invention is to solve the problem of the supercritical carbon dioxide dye bath according to the prior art, the purpose is to uniformly dye the fabric as a whole by making the flow of the supercritical carbon dioxide containing dye penetrated into the fabric uniformly It is to provide a supercritical carbon dioxide dye bath to improve the level of bacterium.
  • the supercritical carbon dioxide dye bath for improving the bacterium is a cylindrical dyeing chamber is provided with an opening and closing cover on one side;
  • a dyeing beam installed in the center of the dyeing chamber in an axial direction and provided with a plurality of spraying holes in the circumferential direction and the axial direction for spraying supercritical carbon dioxide in which dye is dissolved in the dyeing chamber in the outer periphery;
  • a circulating pump for circulating the supercritical carbon dioxide of the dyeing chamber toward the dyeing beam, and characterized in that a plurality of inflow / outlet ports are arranged on the outer circumference of the dyeing chamber axially asymmetrically.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing tank for improving the bacterium according to the present invention is characterized in that each inlet / outlet of the dyeing chamber is connected to the dyeing beam through a manifold and a circulation pipe, and a circulation pump capable of forward and reverse operation in the circulation pipe is installed.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing tank for improving the bacterium according to the present invention is characterized in that a plurality of guide feathers are provided in the axial direction so as to rotate the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved on the inner circumferential surface of the dyeing chamber in the circumferential direction.
  • the diameter of the injection hole of the dyeing beam is formed in the same diameter in the circumferential direction, and the diameter in the direction of the end portion from the supercritical carbon dioxide inlet portion in which the dye is dissolved in the axial direction. It is characterized in that it is formed to be linearly reduced.
  • the diameter of the injection hole of the dyeing beam is formed so that the diameter decreases linearly from the inlet to the end, and the outer diameter of the dyeing beam is kept the same, but the dyeing is performed.
  • the inner diameter of the beam is formed to decrease linearly from the inlet to the distal end so that the amount of dye of supercritical carbon dioxide injected into the fabric at all the spray holes of the dyeing beam can be made uniform, thereby uniformly fabricating the fabric. It is possible to dye, which greatly improves the dyeing quality.
  • a plurality of inlet / outlet ports are provided in the dyeing chamber, so that the supercritical carbon dioxide passed through the fabric evenly at the entire length of the dyeing chamber is discharged to a specific site It is possible to prevent such a thing to be able to planarize, and to improve the dyeing quality.
  • the supercritical carbon dioxide dyeing tank for improving the bacterium can be rotated before being discharged to the inlet / outlet through the guide feather provided on the inner circumferential surface of the dyeing chamber, so that the pressure is made uniform.
  • the inflow / outflow port is arranged asymmetrically and a spiral guide collar is formed on the inner wall of the dye bath to supply the same pressure and dye amount to the fabric from inside the dye bath. It can be made to equalize.
  • FIG. 1 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dye bath for improving the bacterium according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the action according to the position of the inlet / outlet of the supercritical carbon dioxide dyeing chamber and the inner guide collar of the dyeing chamber for improving the bacterium according to the preferred embodiment;
  • Figure 4a is a state diagram showing a change in the diameter size of the injection hole of the supercritical carbon dioxide dyeing beam for improving the leveling according to the preferred embodiment
  • Figure 4b is a cross-sectional view showing the outer diameter and inner diameter of the dyeing beam of Figure 4a
  • Figure 5a is a graph showing the degree of uniformity of the supercritical carbon dioxide dye bath according to the prior art
  • Figure 5b is a graph showing the degree of homogeneity of the supercritical carbon dioxide dye bath for improving the bacterium according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dye bath for improving the bacterium according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Supercritical carbon dioxide dye bath 100 for the improvement of the bacterium includes a dyeing chamber 110, a dyeing beam 120, the circulation pump 130.
  • the dyeing chamber 110 constitutes a dyeing space, and is a cylindrical shape in which an opening and closing cover 111 is provided at one side.
  • Each inlet / outlet 112 of the dyeing chamber 110 is connected to the dyeing beam 120 through the manifold 141 and the circulation pipe 142.
  • the dyeing beam 120 is installed in the axial direction at the inner center of the dyeing chamber 110, a plurality of injection holes 121 are formed in the outer circumference of the dyeing beam 120 in the circumferential direction and the axial direction.
  • the injection holes 121 of the dyeing beams 120 supply the supercritical carbon dioxide in which dye is dissolved to the dyeing chamber 110 to the fabric side, or the dye chamber 110 when circulating the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved in the opposite direction.
  • the supercritical carbon dioxide in which the dye of) is dissolved is introduced.
  • a dye mixing tank 200 for dissolving dye through supercritical carbon dioxide is connected to one end of the dyeing beam 120 drawn out of the dyeing chamber 110.
  • reference numeral 123 denotes an on-off valve.
  • FIG 3 is a conceptual diagram showing the action according to the position of the inlet / outlet of the supercritical carbon dioxide dyeing chamber and the inner guide collar of the dyeing chamber for improving the leveling according to the preferred embodiment.
  • the dyeing chamber 110 is provided with a plurality of inlet / outlet 112 for discharging the supercritical carbon dioxide to the outside in the circumferential direction, each of the inlet / outlet 112 is provided with an opening and closing valve 113.
  • the inlet / outlet 112 provided in the dyeing chamber 110 has a plurality of supercritical carbon dioxides in which dye is dissolved into a fabric through the injection hole 121 of the dyeing beam 120 at the time of initial driving of the dyeing machine.
  • Supercritical carbon dioxide which flows out through the inlet / outlet 112 and is dissolved at a predetermined pressure for a predetermined time, is supplied to the fabric through the injection hole 121 of the dyeing beam 120, and then the dye is dissolved in the opposite direction.
  • the supercritical carbon dioxide is introduced again through the plurality of inlet / outlet 112 to pass through the fabric to dye the fabric and serve as a function of the inlet and outlet to be discharged to the injection hole 121 of the dyeing beam 120 do.
  • the inlet / outlet 112 provided in the dyeing chamber 110 is arranged to be spaced apart on one side, the inlet / outlet at the intermediate position of the inlet / outlet 112 spaced on one side on the other side opposite to 180 ° ( 112).
  • one side and the other side is disposed at a position of 180 ° from each other, in the axial direction between the two inlet / outlet 112 is spaced on one side and the other inlet / outlet 112 is located on one side and the other side In the 180 ° position, there is an asymmetric relationship with each other.
  • the inside of the dyeing chamber 110 is formed in the guide spiral 114 of the round spiral in the entire inner surface.
  • a plurality of injection holes 121 are provided in the circumferential direction and the axial direction on the outer circumference of the dyeing beam 120 to inject the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved into the fabric P.
  • the diameter of the injection hole 121 of the dyeing beam 120 is formed to the same diameter in the circumferential direction.
  • the diameter of the injection hole 121 of the dyeing beam 120 is sprayed from the dyeing beam 120 to the fabric by forming a linear decrease in diameter in the end direction from the supercritical carbon dioxide inlet in which dye is dissolved in the axial direction
  • the amount of dye of the supercritical carbon dioxide can be made uniform.
  • the outer diameter of the dyeing beam 120 is the same, but the inner diameter is formed in a conical shape in which the diameter decreases linearly in the end direction from the supercritical carbon dioxide inlet in which dye is dissolved in the axial direction.
  • the amount of dye of the carbon dioxide can be made uniform, and thus the fabric can be dyed uniformly, thereby greatly improving the dyeing quality.
  • the outer periphery of the dye beam 120 is wound the fabric (P) to be dyed.
  • the circulation pump 130 is to be circulated to the supercritical carbon dioxide discharged to the inlet / outlet 112 through the fabric (P) and then injected into the dyeing chamber 110 from the dyeing beam 120, the manifold ( 141 is provided in the circulation pipe 142 provided between the dyeing beam 120.
  • Circulating pump 130 is capable of forward and reverse driving, forward circulation of the supercritical carbon dioxide discharged from the dyeing chamber 110 to the dyeing beam 120, as well as the inlet / outlet 112 of the dyeing chamber 110 After supplying supercritical carbon dioxide into the dyeing chamber 110 through, the reverse circulation to recover the dyeing beam 120 is possible.
  • Supercritical carbon dioxide dyeing tank 100 for improving the bacterium is supercritical from the mixing tank 200 in a state in which the fabric (P) is wound around the outer periphery of the dyeing beam (120)
  • the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved is sprayed toward the fabric P through the respective injection holes 121 of the dyeing beam 120, so that Dyeing will take place.
  • the supercritical carbon dioxide that has passed through the fabric (P) is discharged to the manifold 141 through each inlet / outlet 112 of the dyeing chamber 110, the circulation pump 130 installed in the circulation pipe 142 It is circulated toward the dyeing beam 120 or stored in the gaseous carbon dioxide storage tank through the separator.
  • the injection hole diameter of the dyeing beam in the prior art is the same on all surfaces of the dyeing beam 120 and the inner diameter is also constant, so that a large amount of dye is discharged from the end of the dyeing beam 120 and the dyeing beam 120 At the inlet side, a small amount of dye is discharged and the concentration increases from the inlet side of the dyeing beam 120 toward the end, resulting in a non-uniform dyeing concentration of the fabric.
  • the supercritical carbon dioxide is supplied to dissolve the dye, and the dye-dissolved supercritical carbon dioxide is circulated by the circulation pump ( 120).
  • the diameter of the injection hole 121 of the dyeing beam 120 is formed in the same diameter in the circumferential direction, the diameter is linearly reduced in the direction of the end portion from the supercritical carbon dioxide inlet in which dye is dissolved in the axial direction
  • the outer diameter of the dyeing beam 120 is the same, but the inner diameter is formed in a conical shape in which the diameter is linearly reduced in the end direction from the supercritical carbon dioxide inlet in which the dye is dissolved in the axial direction, the injection hole 121 Dye of supercritical carbon dioxide sprayed from the dyeing beam 120 to the fabric as a whole through the axial length of the dyeing beam 120 through the linear change in the axial direction of the diameter and the axial direction of the inner diameter of the dyeing beam. Feed the amount evenly.
  • the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved is supplied at a predetermined pressure, for example, 150 bar, for a predetermined time. After passing through the fabric, the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved is discharged through the plurality of inlets / outlets 112 in a uniform pressure between the fabric and the spiral guide vanes 114 formed inside the dyeing chamber 110.
  • the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved is rotated through the spiral guide collar 114 formed inside the dyeing chamber 110, and the fabric and the dyeing chamber 110 of the dyeing chamber 110 are moved. Equalization is achieved between the inner surfaces.
  • the plurality of inflow / outflow ports 112 are asymmetrically disposed at each other at 180 ° position, it is effective to uniformize the dye passing through the fabric in the axial direction by flowing out while forming a uniform pressure.
  • the dye-dissolved supercritical carbon dioxide supply through the dyeing beam 120 is stopped and circulated in the opposite direction.
  • the supercritical carbon dioxide in which dye is dissolved is supplied through a plurality of asymmetrically arranged inlets / outlets 112, the dye supplied at a high pressure of about 150 bar is dissolved because the separation distance between the dyeing chamber 110 and the fabric is short.
  • Critical carbon dioxide is moved to the neighboring spiral guide feather 114 as it collides with the fabric, and also pivots circumferentially along the guide feather 114 to instantaneously equalize between the dyeing chamber 110 and the fabric.
  • the supercritical carbon dioxide in which the supplied dye is dissolved is discharged while forming a uniform pressure because the plurality of inlet / outlet ports 112 are asymmetrically disposed at 180 ° with each other, thereby making the dye passing through the fabric uniform in the axial direction. It is effective and makes it possible to form a salt on the fabric.
  • the evenness is further improved, and the guide feather 114 provided on the inner circumferential surface of the dyeing chamber 110 is dissolved before the dye is introduced into the fabric P. Since the supercritical carbon dioxide is rotated, the dyeing quality can be improved and the dyeing time can be shortened.
  • Figure 5a is a graph showing the degree of dyeing according to the internal length of the dyeing tank in the case of having the injection holes of the same diameter in the conventional dyeing beam
  • Figure 5b is a supercritical carbon dioxide dye bath for improving the bacterium according to a preferred embodiment of the present invention It is a graph showing the degree of uniformity.
  • the supercritical carbon dioxide dye bath 100 for improving the leveling fungi has a diameter of the injection holes 121 of the dyeing beam 120 in the circumferential direction and the same diameter, and in the axial direction.
  • the outer diameter of the dyeing beam 120 is the same, the inner diameter is supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved in the axial direction
  • the dyeing beam (a linear change in the axial direction of the diameter of the injection hole 121 and the linear change in the axial direction of the inner diameter of the dyeing beam) 120) It is possible to uniformly supply the amount of supercritical carbon dioxide in which the dye injected into the fabric from the entire surface is dissolved.
  • the separation distance between the dyeing chamber 110 and the fabric is short, so that the supercritical carbon dioxide dissolved in the dye supplied at a high pressure of about 150 bar is collided with the fabric. It is moved to the adjacent spiral guide feather 114 and also moved circumferentially along the guide feather 114, and is equalized between the dyeing chamber 110 and the fabric instantaneously and is placed asymmetrically so that it flows out while forming a uniform pressure more effectively. This is effective to homogenize the dye passing through the fabric in the circumferential direction and to achieve a uniform salt to the fabric.

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Abstract

균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 관한 것으로, 일측에 개폐덮개가 마련되는 통형의 염색챔버; 염색챔버의 내부 중앙에 축방향으로 설치되고, 외주에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 염색챔버로 분사할 수 있도록 하는 다수의 분사구멍이 원주방향 및 축방향으로 마련되는 염색빔; 염색챔버의 초임계 이산화탄소를 염색빔 쪽으로 순환시키는 순환펌프;를 포함하고, 상기 염색챔버의 외주에 원주방향으로 비대칭으로 배치된 다수의 유입/유출구가 마련된 기술 구성을 통하여 염색빔을 통해 분사되는 염료를 포함한 초임계 이산화탄소의 유동을 균일하게 할 수 있게 되어 직물의 전체 부위를 균일하게 염색할 수 있게 되는 것이다.

Description

균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조
본 발명은 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 관한 것으로, 더 자세하게는 염색챔버에 다수의 유입/유출구를 마련하고, 염색빔의 염료 분사구멍의 직경을 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부는 상대적으로 크고 유입부로부터 먼 거리에 위치한 끝단부는 상대적으로 작은 크기가 되도록 선형적으로 가변함으로써 혼합조에서 염색빔으로 공급된 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 직물을 통과시 염색빔 전체표면에서 토출량을 일정하게 하여 균염을 도모하고, 반대방향으로 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 순환시킬 때에는 상기 염색챔버의 유입/유출구 배치를 비대칭으로 배치하고 염색챔버의 내측벽에 나선형 안내깃을 형성하여 염색챔버 전체 내면에서 직물로 동일한 압력을 가하고 동일한 염료량을 공급하여 균염되도록 한 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 관한 것이다.
일반적으로 액체와 기체의 두 상태가 분간할 수 없는 상태의 온도와 증기압을 임계점이라고 하며, 이 임계점을 넘어선 상태, 즉 임계 상태가 되면 기체도 아니고 액체도 아닌 상태의 물질이 되는데, 이를 초임계 유체(Supercritical Fluid)라고 한다.
이 초임계 유체는 일반적인 기체나 액체와는 다른 고유의 특성을 갖게 된다.
초임계 유체는 기체와 액체의 중간 정도의 물성이고, 약간의 압력과 온도의 변화에 따라 물성의 급격한 변화 가능하며, 확산력이 좋고 물질 전달 속도가 큰 등의 물리적 특성을 가진다.
초임계 유체 중에서 초임계 이산화탄소(Supercritical CO2)는 기체와 유사한 확산성과 점성을 가지는 반면, 액체와 가까운 밀도 특성을 가지기 때문에 최근 들어 다양한 산업공정에 응용되고 있다.
예를 들어 초임계 이산화탄소 염색기의 경우 초임계 이산화탄소의 특성을 적절하게 이용하는 것으로, 염료를 초임계 이산화탄소에 혼합하여 섬유에 침투시키는 새로운 염색방법을 사용하며, 이는 종래 주로 물을 이용하는 수계 염색기와는 다른 염색방법이다.
일반적으로 수계 염색의 경우 염료를 물에 혼합하여 섬유에 침투시키는 방법으로, 물과 같은 액체는 확산성이 우수하지 못하여 염색에 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 염색 후 섬유의 건조과정, 염색과정에서 발생하는 폐수 처리 문제, 그리고 염색한 섬유를 물세탁하는 경우에 장기간 동안 발생하는 염료 탈착 등의 문제가 있다.
수계 염색과 비교할 때에 초임계 이산화탄소 염색의 경우 물을 전혀 사용하지 않고, 초임계 이산화탄소의 열물성적 특성을 이용하여 섬유조직의 내부까지 염료를 침투시킬 수 있는 장점이 있어 염색 견뢰도(Color Fastness)가 우수할 뿐만 아니라 염색공정에서 물을 사용하지 않으므로 건조공정이나 세탁시 발생하는 염료 탈착의 우려가 없다.
하기의 특허문헌 1에는 산업용 초임계 유체염색기가 제시되어 있다.
특허문헌 1의 산업용 초임계 유체염색기는 소수성 섬유를 감을 수 있는 스핀들이 고정되는 염색조수단, 감겨진 섬유에 초임계유체의 흐름을 변환하여 균일하고 신속한 염색이 되게 하는 흐름변환수단, 염료가 투입되는 염료조수단, 초임계 이산화탄소에 용해된 염료와 섬유 간의 접촉빈도를 높이기 위한 초임계 유체 순환용 순환펌프수단, 초임계 유체를 가열하거나 냉각시키는 열교환기수단, 저장탱크에 저장된 이산화탄소를 냉각하여 염색장치에 가압펌프로 공급하는 이산화탄소 공급수단, 염색공정이 종료된 이산화탄소를 감압하고 냉각하여 회수펌프로 저장탱크에 회수하는 이산화탄소 회수수단 등이 고압배관으로 연결된 고압염색수단을 포함한다.
도 1은 본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기의 구성도이다.
초임계 이산화탄소 염색기(10)는 액체 이산화탄소 저장탱크(11), 이산화탄소 냉각기(12), 고압 이산화탄소 펌프(13), 예비 가열히터(14), 혼합조(15), 염색조(16), 세퍼레이터(17), 기체 이산화탄소 저장조(18) 등을 포함한다.
본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기(10)에서 액체 이산화탄소 저장탱크(11)로부터 공급되는 액체 이산화탄소는 이산화탄소 냉각기(12)와 고압 이산화탄소 펌프(13)를 통해 예비 가열히터(14)로 공급된다.
예비 가열히터(14)는 액체 상태의 이산화탄소를 가열하여 원하는 운전 온도와 압력의 초임계 이산화탄소를 만들어 혼합조(15)로 공급한다.
혼합조(15)는 초임계 상태의 이산화탄소에 염료를 혼합하여 염색조(16)로 공급한다.
염색조(16)에서는 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물을 직물에 공급하고, 이때 초임계 이산화탄소는 염료를 직물 내부로 침투시키게 된다.
염색조(16)에서 사용된 초임계 이산화탄소는 세퍼레이터(17)로 공급되고, 세퍼레이터(17)는 이산화탄소를 증발시켜 과량의 염료와 잔사물을 제거한다.
세퍼레이터(17)에서 분리된 기체 상태의 이산화탄소는 기체 이산화탄소 저장조(18)에 저장되어 재사용된다.
도 1에서 미설명부호 19는 순환펌프이다.
이와 같이 초임계 이산화탄소 염색기(10)는 혼합조(15)에서 초임계 상태의 이산화탄소에 염료를 혼합하여 염색조(16)의 내부 중앙에 설치되는 염색빔에 공급하게 된다.
직물을 염색하는 경우 염색빔의 외부 둘레에 직물을 감은 다음 염색빔에 형성된 다수의 염료 분사구멍을 통해 초임계 이산화탄소에 의해 용해된 염료를 직물에 공급하게 된다.
즉, 염료를 포함하는 초임계 이산화탄소는 염색빔의 입구로 공급되어 다수의 분사구멍을 통해 직물로 유동하게 되고, 그 과정에서 초임계 이산화탄소에 용해된 염료가 섬유로 침투하게 된다.
또한, 염색조로부터 직물을 통하여 염색빔의 내부로 염료를 포함하는 초임계 이산화탄소를 역류시키는 방법을 채택하기도 하지만 이러한 방법은 염색빔으로부터 유동하는 초임계 이산화탄소의 불균일 유동으로 인하여 염료가 특정지역으로 편중되어 유동하는 현생이 발생하여 균염도를 해치는 경우가 많게 된다.
종래 기술에 따른 초임계 이산화탄소 염색조는 염색빔의 축방향으로 공급되는 초임계 이산화탄소가 염색챔버의 한 곳으로 모여 배출되는 형태를 가지고 있기 때문에 용량이 큰 염색의 경우 염색챔버의 염료 배출구 부근에서 농염이 발생하여 제품의 품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.
본 발명은 상기 종래 기술에 따른 초임계 이산화탄소 염색조의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 직물로 침투되는 염료가 포함된 초임계 이산화탄소의 유동이 균일하게 이루어지도록 하는 것에 의해 직물을 전체적으로 균일하게 염색할 수 있도록 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조를 제공하는 데에 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조는 일측에 개폐덮개가 마련되는 통형의 염색챔버; 염색챔버의 내부 중앙에 축방향으로 설치되고, 외주에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 염색챔버로 분사할 수 있도록 하는 다수의 분사구멍이 원주방향 및 축방향으로 마련되는 염색빔; 염색챔버의 초임계 이산화탄소를 염색빔 쪽으로 순환시키는 순환펌프;를 포함하고, 상기 염색챔버의 외주에 축방향으로 비대칭으로 배치된 다수의 유입/유출구가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조는 염색챔버의 각 유입/유출구가 매니폴더 및 순환배관을 통해 염색빔에 접속되고, 순환배관에 정역운전 가능한 순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조는 염색챔버의 내주면에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 원주방향으로 회전시킬 수 있도록 하는 다수의 안내깃이 축방향으로 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조는 염색빔의 분사구멍의 직경이 원주방향으로는 동일 직경으로 형성되고, 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부위로부터 끝단부위 방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 의하면, 염색빔의 분사구멍의 직경 크기를 유입부로부터 끝단부방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성하고 염색빔의 외경은 동일하게 유지하되 염색빔의 내경은 유입부로부터 끝단부방향으로 선형적으로 감소되게 형성함으로써 염색빔의 모든 분사구멍에서 직물로 분사되는 초임계 이산화탄소의 염료의 량을 균일하게 할 수 있게 되고, 그에 따라 직물을 균일하게 염색할 수 있게 되어 염색 품질을 크게 개선할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 의하면, 염색챔버에 다수의 유입/유출구가 마련되어 염색챔버의 전체길이에서 균등하게 직물을 통과한 초임계 이산화탄소가 유출됨으로써 특정부위에 농염이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되어 균염을 도모할 수 있게 되고, 염색 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조에 의하면, 염색챔버의 내주면에 마련되는 안내깃을 통해 유입/유출구로 배출되기 전에 초임계 이산화탄소를 회전시킬 수 있게 되므로 압력을 균일하게 하여 직물을 더욱 효과적으로 염색할 수 있으며, 반대방향으로 염료를 순환시킬 때에는 상기 유입/유출구의 배치를 비대칭으로 배치하고 염색조의 내측벽에 나선형 안내깃을 형성하여 염색조 전체내면에서 직물로 동일한 압력과 염료량을 공급하여 균염되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조의 구성도,
도 3은 동 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색챔버의 유입/유출구의 위치와 염색챔버의 내측 안내깃에 따른 작용을 나타내는 개념도,
도 4a는 동 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색빔의 분사구멍의 직경 크기변화를 나타내는 상태도,
도 4b는 도 4a의 염색빔의 외경과 내경을 나타내는 단면도,
도 5a는 종래 기술에 따른 초임계 이산화탄소 염색조의 균염도를 나타내는 그래프,
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조의 균염도를 나타낸 그래프.
이하 본 발명에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조(100)는 염색챔버(110), 염색빔(120), 순환펌프(130)를 포함한다.
염색챔버(110)는 염색 공간을 구성하는 것으로, 일측에 개폐덮개(111)가 마련되는 통형이다.
염색챔버(110)의 각 유입/유출구(112)는 매니폴더(141) 및 순환배관(142)을 통해 염색빔(120)에 접속된다.
염색빔(120)은 염색챔버(110)의 내부 중앙에 축방향으로 설치되고, 염색빔(120)의 외주에는 다수의 분사구멍(121)이 원주방향 및 축방향으로 형성된다.
상기 염색빔(120)의 분사구멍(121)은 염색챔버(110)로 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 직물측으로 공급하거나, 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 반대방향으로 순환시킬 때 염색챔버(110)의 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 유입되는 역할을 한다.
염색챔버(110)의 외부로 인출된 염색빔(120)의 일단부에는 초임계 이산화탄소를 통해 염료를 용해하는 염료 혼합조(200)가 접속된다.
도 2에서 미설명부호 123은 개폐밸브이다.
도 3은 동 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색챔버의 유입/유출구의 위치와 염색챔버의 내측 안내깃에 따른 작용을 나타내는 개념도이다.
상기 염색챔버(110)에는 원주방향으로 초임계 이산화탄소가 외부로 배출될 수 있도록 하는 다수의 유입/유출구(112)가 마련되고, 각 유입/유출구(112)에는 개폐밸브(113)가 설치된다.
상기 염색챔버(110)에 마련된 유입/유출구(112)는 염색기의 초기 구동시, 염색빔(120)의 분사구멍(121)을 통해 직물로 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 통과한 후 상기 다수의 유입/유출구(112)를 통하여 유출되고, 소정압력으로 소정시간 동안 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 염색빔(120)의 분사구멍(121)을 통해 직물로 공급한 후, 반대방향으로 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 상기 다수의 유입/유출구(112)를 통해 다시 유입시켜 직물로 통과하면서 직물을 염색시키고 염색빔(120)의 분사구멍(121)으로 유출되도록 하는 역할인 유입구 및 유출구의 기능을 한다.
상기 염색챔버(110)에 마련된 유입/유출구(112)는 일측에 다수개가 이격되게 배치되고, 180°반대방향인 타측에는 일측의 이격배치된 유입/유출구(112)의 중간위치에 유입/유출구(112)를 배치한다. 다시 설명하면 일측과 타측에 서로 180°인 위치에 배치되되, 축방향으로는 일측의 이격배치된 두개의 유입/유출구(112) 사이에 타측의 유입/유출구(112)가 위치시켜 일측과 타측의 180°위치에서는 서로 비대칭의 관계가 된다.
또한 상기 염색챔버(110)의 내측에는 전체내면에 결쳐 둥근 나선형의 안내깃(114)을 형성한다.
도 4a에 도시된 바와 같이 염색빔(120)의 외주에는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 직물(P)로 분사할 수 있도록 하는 다수의 분사구멍(121)이 원주방향 및 축방향으로 마련된다.
염색빔(120)의 분사구멍(121)의 직경은 원주방향으로는 동일 직경으로 형성된다.
상기 염색빔(120)의 분사구멍(121)의 직경은 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단 방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성함으로써 염색빔(120)으로부터 직물로 분사되는 초임계 이산화탄소의 염료의 량을 균일하게 할 수 있다.
도 4b에 개시된 바와 같이 상기 염색빔(120)의 외경은 동일하되, 내경은 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단 방향으로 직경이 선형적으로 감소되는 원뿔형으로 형성함으로써, 분사구멍(121) 직경의 축방향으로의 선형적 변화와 염색빔의 내경의 축방향으로의 선형적 변화를 통하여 염색빔(120)의 축방향 길이 전체적으로 염색빔(120)으로부터 직물로 분사되는 초임계 이산화탄소의 염료의 량을 균일하게 할 수 있게 되고, 그에 따라 직물을 균일하게 염색할 수 있게 되어 염색 품질을 크게 개선할 수 있게 된다.
염색빔(120)의 외부 둘레에는 염색대상물인 직물(P)이 권취된다.
순환펌프(130)는 염색빔(120)에서 염색챔버(110) 쪽으로 분사된 후 직물(P)을 거쳐 유입/유출구(112)로 배출되는 초임계 이산화탄소를 순환시킬 수 있도록 하는 것으로, 매니폴드(141)와 염색빔(120)의 사이에 마련되는 순환배관(142)에 설치된다.
순환펌프(130)는 정역구동이 가능한 것으로, 염색챔버(110)에서 배출되는 초임계 이산화탄소를 염색빔(120)으로 다시 공급하는 정방향 순환은 물론 염색챔버(110)의 유입/유출구(112)를 통해 염색챔버(110)의 내부로 초임계 이산화탄소를 공급한 후 염색빔(120)으로 회수하는 역방향 순환이 가능한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조(100)는 염색빔(120)의 외부 둘레에 염색대상물인 직물(P)이 권취된 상태에서 혼합조(200)로부터 초임계 이산화탄소가 용해된 염료가 염색빔(120) 내부로 공급되면 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 염색빔(120)의 각 분사구멍(121)을 통해 직물(P) 쪽으로 분사되어 직물(P)에 대한 염색이 이루어지게 된다.
상기에서 직물(P)을 통과한 초임계 이산화탄소는 염색챔버(110)의 각 유입/유출구(112)를 통해 매니폴드(141)로 배출되고, 순환배관(142)에 설치된 순환펌프(130)를 통해 염색빔(120) 쪽으로 순환되거나 세퍼레이터를 거쳐 기체 이산화탄소 저장조에 저장된다.
종래기술에서의 염색빔의 분사구멍 직경은 염색빔(120)의 모든 표면에서 동일하게 형성시키고 내경 또한 일정함으로써, 염색빔(120)의 끝단부에서는 많은 량의 염료가 토출되고 염색빔(120)의 입구측은 적은 량의 염료가 토출되어 염색빔(120)의 입구측에서 끝단부로 갈수록 농도가 짙어져 직물의 염색농도가 불균일해지는 문제가 있었다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조(100)의 작동과정을 설명한다.
먼저, 직물(P)이 염색빔(110)에 권취되어 염색챔버(120)에 위치되면, 초임계 이산화탄소를 공급하여 염료를 용해시키고, 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 순환펌프에 의하여 염색빔(120)으로 공급한다. 이때 염색빔(120)의 분사구멍(121)의 직경은 원주방향으로는 동일 직경으로 형성되고, 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단부위 방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성하고, 상기 염색빔(120)의 외경은 동일하되, 내경은 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단 방향으로 직경이 선형적으로 감소되는 원뿔형으로 형성함으로써, 분사구멍(121) 직경의 축방향으로의 선형적 변화와 염색빔의 내경의 축방향으로의 선형적 변화를 통하여 염색빔(120)의 축방향 길이 전체적으로 염색빔(120)으로부터 직물로 분사되는 초임계 이산화탄소의 염료의 양을 균일하게 공급한다.
염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 소정압력 예를 들면 150bar에서 소정시간 동안 공급시킨다. 직물을 통과한 후 염료가 용해된 초임계 이산화탄소는 직물과 염색챔버(110)의 내측에 형성된 나선형 안내깃(114) 사이에서 균압을 이룬 상태에서 다수의 유입/유출구(112)를 통하여 유출된다.
이때 염색챔버(110)의 내측에 형성된 나선형 안내깃(114)을 통하여 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 회전하고, 이웃하는 안내깃(114)로 이동하는 과정을 통하여 직물과 염색챔버(110)의 내면 사이에서 균압을 이루게 된다. 또한 다수의 유입/유출구(112)가 서로 180°위치에서 서로 비대칭으로 배치되기 때문에 균압을 형성하면서 유출됨으로써 축방향에서 직물을 통과하는 염료를 균일하게 하는데 효과적이다.
상기 염색빔(120)을 통한 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 공급을 중단하고 반대방향으로 순환시킨다.
비대칭으로 배치된 다수의 유입/유출구(112)를 통하여 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 공급되면 염색챔버(110)와 직물 사이의 이격거리가 짧기 때문에 150bar 내외의 고압으로 공급된 염료가 용해된 초임계 이산화탄소이 직물과 부딛히면서 이웃하는 나선형 안내깃(114)로 이동되고, 또한 안내깃(114)을 따라 원주방향으로 선회이동되면서 순간적으로 염색챔버(110)와 직물 사이에 균압이 된다. 이때 공급되는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소는 다수의 유입/유출구(112)가 서로 180°위치에서 비대칭으로 배치되기 때문에 보다 효과적으로 균압을 형성하면서 유출됨으로써 축방향에서 직물을 통과하는 염료를 균일하게 하는데 효과적이고 직물에의 균염을 이룰 수 있게 된다.
상기와 같이 정역방향으로의 염료를 공급 2-3회 반복함으로써 균염도를 더욱 향상시키고, 이때 염색챔버(110)의 내주면에 마련된 안내깃(114)은 직물(P)에 투입되기 전에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 회전시키게 되므로 염색 품질을 향상시킬 수 있게 됨은 물론 염색시간을 단축할 수 있게 된다.
도 5a는 종래기술인 염색빔에 동일한 직경의 분사구멍을 갖는 경우의 염색조 내부길이에 따른 염색정도를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조의 균염도를 나타낸 그래프이다.
도 5a와 같이 종래 기술에 따른 초임계 이산화탄소 염료조의 경우 염색빔의 분사구멍으로 분사되는 초임계 이산화탄소의 유동이 끝단부로 갈수록 강하기 때문에 직물의 균일한 염색이 이루어지지 않게 되고, 직물의 끝단부 부위에서 농염이 발생하게 된다.
이에 비교할 때에 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조(100)는 염색빔(120)의 분사구멍(121) 직경은 원주방향으로는 동일 직경으로 형성되고, 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단부방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성하고, 상기 염색빔(120)의 외경은 동일하되, 내경은 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단 방향으로 직경이 선형적으로 감소되는 원뿔형으로 형성함으로써, 분사구멍(121) 직경의 축방향으로의 선형적 변화와 염색빔의 내경의 축방향으로의 선형적 변화를 통하여 염색빔(120) 전체표면에서 직물로 분사되는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소의 양을 균일하게 공급할 수 있고, 역방향으로 순환시에는 비대칭으로 배치된 다수의 유입/유출구(112)를 통하여 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 공급시 염색챔버(110)와 직물 사이의 이격거리가 짧기 때문에 150bar 내외의 고압으로 공급된 염료가 용해된 초임계 이산화탄소가 직물과 부딛히면서 이웃하는 나선형 안내깃(114)로 이동되고 또한 안내깃(114)을 따라 원주방향으로 이동되면서 순간적으로 염색챔버(110)와 직물사이에 균압이 되며 비대칭으로 배치되기 때문에 보다 효과적으로 균압을 형성하면서 유출됨으로써 원주방향으로 직물을 통과하는 염료를 균일하게 하는데 효과적이고 직물에의 균염을 이룰 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 일측에 개폐덮개(111)가 마련되는 통형의 염색챔버(110);
    염색챔버(110)의 내부 중앙에 축방향으로 설치되고, 외주에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 염색챔버(110)로 분사할 수 있도록 하는 다수의 분사구멍(121)이 원주방향 및 축방향으로 마련되는 염색빔(120);
    염색챔버(110)의 초임계 이산화탄소를 염색빔(120) 쪽으로 순환시키는 순환펌프(130);를 포함하고,
    상기 염색챔버(110)의 외주에 원주방향으로 비대칭으로 배치된 다수의 유입/유출구(112)가 마련된 것을 특징으로 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조.
  2. 제1항에 있어서,
    염색챔버(110)의 각 유입/유출구(112)는 매니폴더(141) 및 순환배관(142)을 통해 염색빔(120)에 접속되고, 순환배관(142)에 정역운전 가능한 순환펌프(130)가 설치되는 것을 특징으로 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조.
  3. 제1항에 있어서,
    염색챔버(110)의 내주면에 염료가 용해된 초임계 이산화탄소를 원주방향으로 회전시킬 수 있도록 하는 다수의 안내깃(114)이 축방향으로 마련된 것을 특징으로 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조.
  4. 제1항에 있어서,
    염색빔(120)의 분사구멍(121)의 직경은 원주방향으로는 동일 직경으로 형성되고, 축방향으로는 염료가 용해된 초임계 이산화탄소 유입부로부터 끝단부 방향으로 직경이 선형적으로 감소되게 형성된 것을 특징으로 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조.
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