[논문]초임계 CO2 접촉량이 염색 균염성에 미치는 영향에 대한 연구

박신; 최현석; 김태영; 송태현

doi:10.5764/tcf.2019.31.1.25

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The influence of the contact amount of carbon dioxide per unit mass of dyestuff(${\alpha}$) on dyeing uniformity in supercritical fluid dyeing is analyzed in this study. The experiments using a 5L class Pilot Scale dyeing machine is carried out for this study purpose. For a fixed temperat...

The influence of the contact amount of carbon dioxide per unit mass of dyestuff(${\alpha}$) on dyeing uniformity in supercritical fluid dyeing is analyzed in this study. The experiments using a 5L class Pilot Scale dyeing machine is carried out for this study purpose. For a fixed temperature and pressure, the amount of sample and the dyeing leveling time were considered as process variables. The results show that the increase in the amount of the sample causes a higher color difference than the reference sample, and it also increases the amount of residual dye. On the other hand, the color difference tended to decrease with the increase in dyeing time. Based on these results, the correlation between ${\alpha}$ value and dyeing uniformity in supercritical fluid dyeing is obtained.

주제어

표/그림 (11)

그림 Figure 1. Chemical structure of Red 167.
표 Table 1. Information of fabric and dyestuff
그림 Figure 2. 5L class pilot scale supercritical CO₂ dyeing machine.
그림 Figure 3. Experimental equipment for supercritical fluid dyeing.
그림 Figure 4. Dyeing cycle.
그림 Figure 5. Colorimetric position.
그림 Figure 6. Comparison of color difference and α along the PET mass.
그림 Figure 7. Residual dye depending on PET mass.
그림 Figure 8. Comparison of color difference and α along the dyeing time.
그림 Figure 9. Color difference before and after cleaning along the dyeing time.
그림 Figure 10. Capture of color difference before and after cleaning along the dyeing time.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 상용설비와 유사한 공정을 형성 시킬 수 있는 5L급 Pilot Scale 염색기를 사용하여 초임계 CO₂ 접촉량이 염색 균염성에 영향을 미침을 확인하였다.

제안 방법

기존 연구자들은 주로 CO₂를 주입하고, 공정조건을 형성한 뒤 CO₂의 순환이 없는 Pot형 장비를 가지고 연구를 진행했지만 본 연구에서는 CO₂의 공급 이후 염색조 내부에 장입된 빔의 감긴 원단의 내부에서 외부로 CO₂가 순환하는 장비를 사용하였다. Pot형과 달리 순환형 장비는 상용설비와 가장 유사한 공정을 형성시킬 수 있는 장비이다.
본 연구에서는 초임계 CO₂를 이용한 염색에서 주요한 공정변수로 CO₂ 접촉량이 있음을 확인하였으며, 이를 염료 단위 질량 당 CO₂ 접촉량을 α라는 변수로 정 의하고 이 값이 염색균염성에 미치는 영향을 분석하였 다. 접촉량에 따른 효과를 분석하기 위해 물리적인 측면에서 온도, 압력, 염료처방비율을 고정시킨 뒤 원단 량과 염색시간을 변화시켰으며, 염색실험 결과 α값이 증가함에 따라 염색균염성이 향상됨을 알 수 있었다.

대상 데이터

9%의 순도의 것을 사용하였다. 본 실험에서는 정련이 되어 이물질이 없는 100% 폴리에스터 이중 뜨개 원단을 사용하였으며, 염료는 아주계의 C.I. Disperse Red 167을 아크 로마 코리아(주)로부터 받아 사용하였다.
Figure 1에 사용한 염료의 구조식을 나타내었다. 본 연구에 사용된 염료는 아크로만 코리아(주)에서 기존 수 개념 색에서 사용하는 염료와 달리 계면활성제, 분산제를 제외하고 순수한 염료만 합성하여 받았다. 다음의 Table 1은 시료에 대한 정보이다.
본 연구에 사용된 용매는 CO₂로 99.9%의 순도의 것을 사용하였다. 본 실험에서는 정련이 되어 이물질이 없는 100% 폴리에스터 이중 뜨개 원단을 사용하였으며, 염료는 아주계의 C.
본 연구에서 수행한 염색실험에서 온도와 압력 조건 을 결정하기 위해 기존 문헌의 자료를 참고하였다¹⁷⁾ .
또한 염색실험 이후 원단량에 따라 염료조의 잔류염료 양에 차이가 있었으며, 이를 정량적 으로 분석하기 위해 잔류염료의 양을 염료 처방 전 염료조의 질량을 측정하고, 염색 후 염료조와 잔류염료의 질량을 측정한 뒤 두 값을 빼서 계산하였다. 사용한 저울은 0.0001g까지 계측이 가능한 Shinko 社의 HTR220E 모델을 사용하였다. 이를 Figure 7에 나타내어 원단량 별 잔류염료의 양을 살펴보면, 원단량의 증가에 따라 잔류염료의 양이 증가함을 확인하였다.
연구에 사용한 5L급 Pilot Scale 초임계 염색기는 Figure 2와 같으며, 주요 구성품의 배치를 같이 표기하였다. 본 실험 장치는 염색이 이루어지는 염색 조는 내부 체적이 5L이며, 최대 300bar까지 실험이 가능하며, 초임계 염색의 각 단계별 공정인 등압→가압→가온→염색→검온→감압→방출 공정을 구현할 수 있도록 장치가 구성되어 있다.

성능/효과

염색시간에 따른 염색균염성을 분석을 위해 배치 간 색차의 기준 샘플은 육안 검사 결과 가장 균염성이 높을 것으로 예상되는 120분 샘플의 중앙지점을 삼아 Figure 8에 염색시간에 따른 배치 간, 배치 내 색차의 변화를 α값과 같이 도시하였다. 염색시간이 증가함에 따라 배치 내 색차와 배치 간 색차 모두 감소하여, 균염 성이 점차 향상되는 것을 수치적으로 알 수 있다. 염색 시간이 90분 이후부터 배치 내 색차는 유지되는 반면 배치 간 색차는 120분인 샘플에서 상당히 떨어진 것을 알 수 있다.
이 연구 결과를 종합해보면 고정된 공정조건에서는 섬유 내 염료의 농도와 초임계 CO₂ 내 염료의 농도가 일정하게 유지되기 때문에 염색을 섬유에 많이 접촉 시키는 것이 염색공정에 유리할 것이므로, 접촉량이 초임계 유체 염색에서 주요 공정변수임을 알 수 있다.
이를 정리하면 염색시간의 증가를 통해 CO₂ 순환량이 증가하면서 α값의 증가, 즉 접촉량이 증가하면서 섬유로 이송된 염료가 자리 잡고, 균일하게 배치될 수 있는 여력을 발생시켜 균염성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 세척 전/후 배치내 색차는 큰 차이를 보이지 않고, 특히 60분 이상의 염색시간 조건에서는 색차 값의 차이가 발생하지 않음을 알 수 있다.
접촉량을 α라는 변수로 정 의하고 이 값이 염색균염성에 미치는 영향을 분석하였 다. 접촉량에 따른 효과를 분석하기 위해 물리적인 측면에서 온도, 압력, 염료처방비율을 고정시킨 뒤 원단 량과 염색시간을 변화시켰으며, 염색실험 결과 α값이 증가함에 따라 염색균염성이 향상됨을 알 수 있었다. 다음으로 염색샘플의 세척 전/후의 염색균염성의 변화 를 분석하였다.

후속연구

염색의 형성 및 섬유에 대한 염료의 공급이 연속적으로 이루어지는 초임계 염색 공정의 특성상 상용 초임계 염색설비의 개발을 위해서는 섬유-염료-초임계 CO₂ 간의 물질전달 및 평형상태에 관한 연구를 기초로 염색공정이 설계되어야 한다. 이를 위해 기존 연구를 살펴보았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초임계 염색 기술은 무엇인가?	초임계 염색 기술은 임계온도, 임계압력 이상의 영역에서 존재하는 초임계 유체를 용매로 사용하는 염색 기술이다. 초임계 유체는 높은 확산성과 용해도를 가지면서, 낮은 점성과 표면장력을 갖기 때문에 투과력이 좋다.
	초임계 염색이 수계빔염색에 비해 뛰어난 점은 무엇인가?	다만 차이점은 염료를 녹이는 용매와 염색의 형성 방법이다. 염색을 형성한 뒤 염색이 이루어지는 수계빔염색과 달리 초임계 염색은 염색공정이 진행되면서 초임계 CO2가 염료를 용 해 시키면서 염색이 형성되어, 별도의 분산제나 계면활성제가 없이도 염색을 형성할 수 있으므로 화학물질의 사용이 최소화된다.
	초임계 유체를 이용한 섬유 염색은 어떤 문제를 해결하기 위해 연구되는가?	염색가공공정은 섬유에 심미성을 부여하는 공정으로 섬유/염색 산업에 가장 높은 부가가치를 생성한다. 일반적인 수계염색의 염색가공공정은 섬유 1kg당 약 100L의 물이 필요하고, 물을 130℃까지 상승시키고 유지하는데 많은 에너지가 소비되는 에너지 다소비 공정이다. 또한 분산제, 계면활성제와 같은 화학 물질이 포함되어 염색 후 잔여 폐수로 인한 환경문제를 야기하고 있다. 그 때문에 이를 개선하기 위한 많은 연구 개발이 진행되고 있으며, 이 중 초임계 유체를 이용하여 폴리에스테르 섬유를 염색하는 기술이 등장하게 되였다.

참고문헌 (18)

W. Saus, D. Knittel, and E. Schollmeyer, Dyeing of Textilesin Supercritical Carbon Dioxide, Tex. Res. J., 63(3), 135(1993).

상세보기
J. H. Kim, Theme : Supercritical Fluid, J. KSME, 55(7), 30(2015).
E. Bach, E. Cleve, and E. P. Schollmeyer, Past, Present and Future of Supercritical Fluid Dyeing Technology, Rev. Prog. Color. Relat. Top., 32, 88(2002).

상세보기
A. Hou, B. Chen, J. Dai, and K. Zhang, Using Supercritical Carbon Dioxide as Solvent to Replace Water in Polyetylene Terephthalate(PET) Fabric Dyeing Procedures, J. Clean Prod., 18, 1009(2010).

상세보기
M. Banchero, S. Sicardi, A. Ferri, and L. Manna, Supercritical Dyeing of Textiles - From the Laboratory Apparatus to the Pilot Plant, Text. Res. J., 78, 217(2008).
M. V. D. Kraan, Process and Equipment Development for Textile Dyeing in Supercritical Carbon Dioxide, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, 2005.
J. J. Long, Y. Q. Ma, and J. P. Zhao, Investigations on the Level Dyeing of Fabrics in Supercritical Carbon Dioxide, J. Supercrit. Fluids, 57, 80(2011).

상세보기
J. V. Schnitzler and R. Eggers, Mass Transfer in Polymers in a Supercritical $CO_2$ -Atmosphere, J. Supercrit. Fluids, 16, 81(1999).

상세보기
A. Hou, K. Xie, and J. Dai, Effect of Supercritical Carbon Dioxide Dyeing Conditions on the Chemical and Morphological Changes of Poly(ethylene terephthalate) Fibers, J. Appl. Polym. Sci., 92, 2008(2004).

상세보기
O. S. Fleming, S. G. Kazarian, E. Bach, and E. Schollmeyer, Confocal Raman Study of Poly(ethylene terephthalate) Fibres Dyed in Supercritical Carbon Dioxide: Dye Diffusion and Polymer Morphology, Polymer, 46, 2943(2005).

상세보기
M. V. D. Kraan, M. V. F. Cid, G. F. Woerlee, W. J. T. Veugelers, and G. J. Witkamp, Equilibrium Study on the Disperse Dyeing of Polyester Textile in Supercritical Carbon Dioxide, Text. Res. J., 77, 550(2007).

상세보기
P. Bao and J. Dai, Relationships between the Solubility of C. I. Disperse Red 60 and Uptake on PET in Supercritical $CO_2$ , J. Chem. Eng. Data, 50, 838(2005).

상세보기
M. W. Park and H. K. Bae, Dye Distribution in Supercritical Dyeing with Carbon Dioxide, J. Supercrit. Fluids, 22, 65(2002).

상세보기
A. Ferri, M. Banchero, L. Manna, and S. Sicardi, Dye Uptake and Partition Ratio of Disperse Dyes between a PET Yarn and Supercritical Carbon Dioxide, J. Supercrit. Fluids, 37, 107(2006).

상세보기
H. D. Sung and J. J. Shim, Solubility of C.I. Disperse Red 60 and C.I. Disperse Blue 60 in Supercritical Carbon Dioxide, J. Chem. Eng. Data, 44, 985(1999).

상세보기
C. C. Tsai, H. Lin, and M. Lee, Solubility of Disperse Yellow 54 in Supercritical Carbon Dioxide with of without Cosolvent, Fluid Phase Equalibria, 260, 287(2007).

상세보기
K. H. Chang, H. K. Bae, and J. J. Shim, Dyeing of PET Textile Fibers and Films in Supercritical Carbon Dioxide, Korean J. Chem. Eng., 13(3), 310(1996).

상세보기
I. I. Jung, S. Y. Lee, G. B. Lim, and J. H. Ryu, Supercritical Fluid Dyeing of Polyester Fiber with Two Different Dispersion Dyes, Clean Technology, 17(2), 110 (2011).

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