초음파를 이용한 섬유 염색 개선
초음파 보조 섬유 및 직물 염색은 섬유 기공으로의 염료 침투를 개선하고 색 강도와 염색 견뢰도를 크게 높입니다. 초음파 염색은 온화한 조건과 낮은 온도에서 수행할 수 있는 신속한 공정입니다. 직물과 섬유 제품 같은 소재의 섬유 구조는 초음파 처리로 손상되지 않고 온전히 유지됩니다. 초음파 처리는 염색 처리를 강화하여 더 나은 발색과 신속한 공정을 실현합니다.
- 섬유 내부로의 염료 침투 개선
- 색 강도 증가
- 색상 특성 개선
- 신속한 염색 공정
- 염료 흡수 및 색 강도 개선
- 더 높은 세탁, 마찰 및 땀 견뢰도
- 다양한 직물에 적용 가능(예: 양모, 실크, 폴리아미드 등)
- 전체 가공 비용 절감
- 온화하고 환경친화적인 친환경 공정
- 간단하고 안전한 운전
양모의 초음파 염색: 초음파 처리는 색 강도와 섬유 내부로의 염료 침투를 크게 개선합니다.
초음파 균질기 UP200St
더 높은 색 강도, 견뢰도 및 품질을 위한 초음파 염색
염색 중 초음파의 효과
습윤 및 물질 전달: 초음파 캐비테이션과 미세 유동은 소재의 섬유 및 실 기공으로의 염료 침투를 개선합니다. 초음파 캐비테이션은 섬유 외층에 구멍을 형성하여 염료가 섬유 기공으로 들어갈 수 있게 함으로써 섬유 내부의 염료 확산 속도를 높입니다. 동시에 초음파 처리는 염료와 섬유 사이의 화학 반응을 가속합니다.
분산: 초음파 처리는 액적, 응집체 및 집합체를 분해하여 염료 내에 균일한 분산 상태를 형성합니다.
탈기: 초음파는 섬유에 용해되거나 갇혀 있는 기체 분자를 액체로 방출하여 기체가 캐비테이션을 일으킬 수 있게 함으로써, 염료와 섬유의 접촉 및 침투를 촉진하여 섬유를 빠르고 완전하게 착색합니다.
Tissera 외(2016)는 초음파 처리를 통해 30ºC와 같은 매우 낮은 온도에서도 면직물에서 우수한 색 강도를 얻을 수 있으며, 이는 일반적인 가열 염색 방법으로 얻은 색 강도보다 약 230% 더 높다는 것을 입증했습니다. 0.7 W/cm2 의 낮은 강도로 UP400St 를 사용하여 약 30ºC의 온화한 온도 조건에서 초음파 처리한 결과, 색 강도가 크게 개선되고 염료가 면직물 깊숙이 침투했습니다.
염료의 입도 분석 결과, 초음파 처리는 염색 중 가수분해된 염료 분자의 응집을 해체하고 분산시켜 염료가 직물 내부로 더 깊이 침투하도록 돕는 것으로 나타났습니다. 동시에 초음파 처리 후에도 섬유 표면과 섬유 형태는 변하지 않고 온전히 유지됩니다.
초음파 출력 수준이 발색량에 미치는 영향
(그래프 및 연구: Haddar 외, 2015)
다양한 섬유 및 직물 유형을 위한 초음파 염색
초음파 처리는 유기 및 무기 염료 같은 착색제로 섬유와 직물을 염색하는 효과적이면서도 온화한 기법입니다.
연구 및 파일럿 연구에서 다양한 섬유 및 직물 유형에 초음파 염색 기법을 성공적으로 시험했습니다.
초음파 처리는 다음 소재의 염색 공정을 개선했습니다.
- 양모
- 실크
- 앙고라
- (유기농) 면 및 면 편성물
- 합성 직물, 예: 나일론, 폴리에스터, 폴리아미드
- 천연 섬유, 예: 대마, 대나무
- 셀룰로오스계 직물
SEM 분석에 따르면 초음파 보조 염색은 (나노)섬유의 표면 구조에 영향을 미치지 않습니다.
섬유 및 직물 염색을 위한 고성능 초음파 장치
Hielscher Ultrasonics는 고성능 초음파 처리 분야에서 오랜 경험을 갖춘 파트너입니다. 연구, 타당성 시험 및 공정 최적화를 위한 실험실용 및 벤치탑 초음파 장치부터 대용량 처리를 위한 본격적인 산업용 초음파 처리기에 이르기까지 전체 제품군을 제공합니다. 섬유 제품과 직물의 초음파 염색을 위해 Hielscher는 섬유 또는 섬유 제품과 염료에 따라 다양한 솔루션을 제공합니다.
2kW 초음파 장치를 갖춘 초음파 염색 시스템
Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리기는 매우 낮은 진폭부터 매우 높은 진폭까지 제공할 수 있습니다. 고부하 용도로 제작되어 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전이 용이합니다. 더 높은 진폭을 위해서는 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 및 까다로운 환경에서도 24/7 운전을 가능하게 합니다.
고객들은 Hielscher Ultrasonic 시스템의 뛰어난 견고함과 신뢰성에 만족하고 있습니다. 고부하 적용 분야와 까다로운 환경에 설치하여 24/7 운전함으로써 효율적이고 경제적인 처리를 보장합니다. 초음파 공정 강화는 처리 시간을 단축하고 더 높은 품질, 더 높은 수율, 혁신적인 제품이라는 더 나은 결과를 달성합니다.
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문헌 및 참고자료
- Akalın M., Merdan N., Kocak D., et al. (2004): Effects of ultrasonic energy on the wash fastness of reactive dyes. Ultrasonics 2004; 42: 161-164.
- Atav R., Yurdakul A. (2016): Ultrasonic Assisted Dyeing of Angora Fibre. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2016; 24, 5(119): 137-142.
- Nadeeka D. Tissera, Ruchira N. Wijesena, K.M. Nalin de Silva (2016): Ultrasound energy to accelerate dye uptake and dye–fiber interaction of reactive dye on knitted cotton fabric at low temperatures. Ultrasonics Sonochemistry 29, 2016. 270–278.
- Wafa Haddar; Noureddine Baaka; Nizar Meksi; Manel Ben Ticha; Ahlème Guesmi; M. Farouk Mhenni (2015): Use of Ultrasonic Energy for Enhancing the Dyeing Performances of Polyamide Fibers with Olive Vegetable Water. Fibers and Polymers 2015, Vol.16, No.7. 1506 -1511.
알아두면 좋은 사실
직물 염료
직물 염료(섬유 염료라고도 함)는 원하는 염색 견뢰도를 갖춘 색상을 구현하기 위해 섬유, 실, 직물 등의 섬유 소재를 착색하는 데 사용하는 액체 물질입니다. 염료는 직물에 침투하여 화학적 변화를 일으키며, 그 결과 영구적인 착색이 이루어집니다.
일반적으로 아크릴 섬유는 염기성 염료로 염색하고, 나일론과 양모 및 실크 같은 단백질 섬유는 산성 염료로 처리하며, 폴리에스터 실에는 분산 염료를 사용합니다. 면은 배트 염료와 현대적인 합성 반응성 염료 및 직접 염료를 비롯한 다양한 유형의 염료로 염색할 수 있습니다.
반응성 염료는 면과 비스코스 같은 셀룰로오스 섬유에 가장 중요한 염료 유형이며, 양모와 폴리아미드에서도 그 중요성이 점차 커지고 있습니다. 반응성 염료는 종류가 매우 다양하여 여러 염색 기법에 사용할 수 있습니다. 반응성 염료는 고온형(모노클로로트리아진 염료)과 저온형 반응성 염료(디클로로트리아진 염료)의 두 가지 주요 유형으로 구분할 수 있습니다. 저온형 염료는 두 개의 염소 원자가 있어 반응성이 더 높으므로, 저온형 반응성 염료를 사용하면 실온에서 염색 공정을 수행할 수 있습니다.
반응성 염료는 염료 고착성이 낮은 것으로 알려져 있습니다. 염료 고착 문제는 특히 셀룰로오스 섬유의 배치 염색에서 발생하며, 이 경우 염료 흡진을 개선하고 그에 따라 염료 고착도 개선하기 위해 일반적으로 상당량의 염을 첨가합니다.
셀룰로오스 섬유의 염색
반응성 염료로 셀룰로오스 섬유를 염색할 때는 다음과 같은 화학물질과 조제를 사용합니다.
- 알칼리(탄산나트륨, 중탄산나트륨 및 가성소다)
- 염(주로 염화나트륨 및 황산나트륨)
- 연속 공정에서는 패딩액에 요소를 첨가할 수 있습니다
- 콜드 패드 배치법에서는 규산나트륨을 첨가할 수 있습니다.
아래는 Colour Index International의 일반명과 번호를 기재한 염료 목록입니다.
| 통용명 | C.I. 동의어 | 일반명 | C.I. 번호 |
|---|---|---|---|
| 알시안 블루 8GX | 알시안 블루 | 인그레인 블루 | 74240 |
| 알시안 옐로 GXS | 수단 오렌지 | 인그레인 옐로 1 | 12840 |
| 알리자린 | 매염 레드 11 | 58000 | |
| 알리자린 레드 S | 매염 레드 3 | 58005 | |
| 알리자린 옐로 GG | 매염 옐로 1 | 14025 | |
| 알리자린 옐로 R | 매염 오렌지 1 | 14030 | |
| 아조플록신 | 아조게라닌 B | 산성 레드 1 | 18050 |
| 비스마르크 브라운 R | 베수빈 브라운 | 염기성 브라운 4 | 21010 |
| 비스마르크 브라운 Y | 베수빈 페닐렌 브라운 | 염기성 브라운 1 | 21000 |
| 브릴리언트 크레실 블루 | 크레실 블루 BBS | 염기성 염료 | 51010 |
| 크리소이딘 R | 염기성 오렌지 1 | 11320 | |
| 크리소이딘 Y | 염기성 오렌지 2 | 11270 | |
| 콩고 레드 | 직접 레드 28 | 22120 | |
| 크리스털 바이올렛 | 염기성 바이올렛 3 | 42555 | |
| 에틸 그린 | 42590 | ||
| 산성 푹신 | 산성 바이올렛 19 | 42685 | |
| 겐티안 바이올렛 | 염기성 바이올렛 1 | 42535 | |
| 야누스 그린 | 염기성 염료 | 11050 | |
| 리사민 패스트 옐로 | 옐로 2G | 산성 옐로 17 | 18965 |
| 말라카이트 그린 | |||
| 마르티우스 옐로 | 산성 옐로 24 | 10315 | |
| 멜돌라 블루 | 페닐렌 블루 | 염기성 블루 6 | 51175 |
| 메타닐 옐로 | 산성 옐로 36 | 13065 | |
| 메틸 오렌지 | 산성 오렌지 52 | 13025 | |
| 메틸 레드 | 산성 레드 2 | 13020 | |
| 나프탈렌 블랙 12B | 아미도 블랙 10B | 산성 블랙 1 | 20470 |
| 나프톨 그린 B | 산성 그린 1 | 10020 | |
| 나프톨 옐로 S | 산성 옐로 1 | 10316 | |
| 오렌지 G | 산성 오렌지 10 | 16230 | |
| 푸르푸린 | 베란틴 | ||
| 로즈 벵갈 | 산성 레드 94 | 45440 | |
| 수단 II | 용제 오렌지 7 | 12140 | |
| 티탄 옐로 | 직접 옐로 9 | 19540 | |
| 트로페올린 O | 설포 오렌지 | 산성 오렌지 6 | 14270 |
| 트로페올린 OO | 산성 오렌지 5 | 13080 | |
| 트로페올린 OOO | 오렌지 II | 산성 오렌지 7 | 15510 |
| 빅토리아 블루 4R | 염기성 블루 8 | 42563 | |
| 빅토리아 블루 B | 염기성 블루 26 | 44045 | |
| 빅토리아 블루 R | 염기성 블루 11 | 44040 | |
| 자일렌 시아놀 FF | 산성 블루 147 | 42135 |