염색용수

염색용수로 사용할 수 있는 물은 지표수, 지하수 등이 있지만 이들에는 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 고형분, 유기물, 산 및 알칼리 등의 불순물이 많이 함유되어 있다. 이러한 불순물이 염색에 미치는 영향은 섬유의 종류, 사용하는 약제, 염료, 조제 등의 종류와 정련, 표백, 염색 등의 공정에 따라 다르나, 변색, 오염, 촉감저하 등 그 영향이 막대하므로 전반적으로 수질을 개선하는 것이 급선무이며, 이 일에 종사하는 사람들이 깊은 관심을 가지고 올바른 용수를 사용하여야  제품을 고급화할 수 있다.

1. 용수의 종류

1) 지하수 : 지표하 100m 이상의 깊이에서 취수한 용수이며, 수량이 풍부하고, 계절에 의한 변화가 적으며, 수온이 거의 일정하고, 오염이 적은 편이다. 또한 지층의 성분이 용해되어 Ca, Mg, Fe 등의 함유량이 많아 경도가 500∼1,000ppm정도로 높으며, 지층, 지역에 따라 수량 및 수질의 변화가 심하다.

 

2) 지표수 : 하천, 호수, 저수지로부터 자연수 그대로 공장원수로 사용할 수 있고, 수량, 수온의 계절적 변화가 심하고, 탁도 및 pH의 변화가 심하며, 수질의 변동이 심하다. 또한 동식물의 분해에 의한 유기물을 함유하여 BOD량이 증가하며, 암석, 토양의 풍화물, 地中의 Na,  CO₂, 무기염류를 함유한다.

 

3) 상수도 : 지하수나 지표수를 정수한 용수이며, 수질은 수원 중에서 가장 우수하고 안정하다. 또한 항상 법정의 수질기준을 유지하고 있으나, 생산원가 상승하는 경향이 있다.

 

4) 공업 용수 : 침전, 여과, 약제투입 등의 처리 후 공업 용수로 공급하며, 수질의 변동 폭이 50∼250ppm으로 적으며,  공장여건에 따라 재처리가 필요하다.

 

5) 회수수 : 정련, 염색, 수세 등에 사용된 용수를 회수하여 저장 후, 그 수질에 적합한 생산 공정에 재사용하는 용수이며, 원가절감 및 에너지 절감이 있고, 재사용 시 생산 공정에 적합한지를 검토하여야 하며, 대량사고 방지 및 저장 탱크의 수시 점검이 필요하다.

2. 경수와 경도

1) 경수(hard water) : 용수 중에 탄산수소염〔Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂〕, 탄산염(CaCO₃), 황산 염(SuSO₄), 염화염(CaCl₂) 등의 염류를 비교적 많이 함유한 물을 경수라 하며, 적게 함유한 물을 연수(soft water)라 한다.

 

2) 경도(hardness) : 용수 속에 Ca, Mg 등 경수의 농도를 표시하는 단위로서, Ca, Mg 등의 함량을 그에 대응하는 CaCO₃로  환산하여 ppm으로 나타낸 값으로 한국, 미국의 경우는 물 1ℓ중에 1㎎의 CaCO₃가 함유된 물을 1ppm 이라 한다.

3. 수질이 염색가공에 미치는 영향

1) 호발, 정련 공정에 미치는 영향
Ca, Mg 등의 염류가 많이 함유된 경수는 비누와 같은 세제와 반응하여 금속비누를 생성하고, 금속비누가 섬유에 부착하여 정련 얼룩을 일으키며, 섬유제품의 광택이나 촉감저하를 가져오며, chalk mark를 발생한다. 또한 금속비누의 방수성으로 인하여 사용약제 및 염료의 침투불량으로 인한 얼룩과 금속비누화로 인한 비누 손실 및 세척력이 저하된다.

 

2) 폴리에스터 섬유의 감량가공에 미치는 영향
감량 후 충분한 수세가 되지 않은 상태에서 산 처리 할 경우 흰 얼룩 발생, 사용된 용수가 경수일 경우 스컴(scum)발생

3) 염색에 미치는 영향

  • 직접염료 : 용수의 경도가 높으면 염료는 Ca나 Mg과 반응하여 불용성의 침전물 생성 Fe, Mn, Cu등은 색상 변화를 초래한다.
  • 산성염료 : 염료의 용해도 저하 및 침전물을 발생시킨다.
  • 염기성 염료 : 경도가 높을 시 색소염 형성, Fe, Cu 등은 색상 변화 초래한다.
  • Cation염료 : 염착속도에 악영향 및 염색얼룩 원인, Fe, Mn, Cu등은 변색 원인이 되고, Ca, Mg는 염색농도 저하 요인이 된다.
  • 환원염료 : 염료 중 금속이온의 영향을 가장 적게 받으나, Ca, Mg의 영향으로 청색계 염료는 농도 및 마찰견뢰도 저하 요인이 된다.
  • 분산염료 : 2종류 이상의 금속이온이 동시에 용수에 존재할시 이들 금속이온은 환원촉매 작용을 하게 되어 염액에  금속이온 봉쇄제를 넣어도 azo계 분산염료의 환원에 의한 분해가 계속 이루어진다. 분산염료에는  40∼60%정도의 분산제가 함유되어 있다. 이들은 Ca, Mg, Fe 등의 이온들과 결합하여 불용성의 염을  형성하여 분산효과를 저하시켜 염료응집의 원인이 되어 얼룩이 발생한다. Azo계 분산염료는 용수 중에  염소가 있을 경우 NH2기가 산화작용에 의하여 NO2기로 되어 변색된다. Quinon계의 분산염료는 금속이온과 결합하여 착화합물을 형성하여 염료가 적색에서 청색계로 색상이  변한다. 금속이온봉쇄제 사용으로 해결할 수 있으며, 염색온도의 상승에 따라 pH가 상승하여 염착력을  저하시킬 수 있다.

4) pH
Azo계 분산염료는 고온고압으로 염색 시 물의 분해에 의해 생성되는 발생기 수소에 의하여 환원분해가 발생하고, 아조계가 안트라퀴논계보다 pH의존성이 나빠 가수분해가 일어나며, 보통 pH7 정도에서도 염착성 저하 및 색상 변화를 초래하고, 반응성 염료로 염색 시 알칼리를 첨가하면 염료가 응집되는 경우가 있다.

5) 철분의 영향
염료 또는 조제와 화합하여 색상이 흐리거나, 섬유상에 반점을 생성시키기도 하고, 과산화수소 표백 시 분해를 촉진시켜 섬유의 강도를 저하 또는 핀 홀(pin hole)을 발생시킨다.

 

4. 용수의 조건

성 분 가호, 제직공정 염색 공정 영 향
탁도 1ppm이하 0.3ppm이하 기계 침적, 오염, 광택 저하
pH 6.5~8.0 6.5~7.5 기계 부식, 색상 변화
전경도 1ppm이하 30ppm이하 스케일 생성, 염색 및 촉감
Fe, Mg 0.3 ppm이하 0.25ppm이하 변색, 섬유 손상 등

5. 용수의 연화법

1) 이온교환수지법 : 용수 중에 함유된 Ca, Mg와 같은 양이온과 Cl, SO₄와 같이 음이온성을 띤 수지로 처리하여 연화시키는 방법으로 대량으로 연수화하는 방법 중 가장 많이 사용되고 있다.

 

2) 금속이온봉쇄제 사용 : 금속이온과 가용성의 배위 화합물을 만드는 약품 (Sodium Tripoly – phosphate, Sodium hexametaphosphate, EDTA 등)을 경수 중에 첨가하여 연화하는 방법이다.

 

6. 용수의 경도 측정법(EDTA 적정법)

 

1) 준비

  • 시료수(경도를 측정하고자 하는 용수)
  • 총 경도 측정용 완충용액 : 염화암모늄(NH4Cl) 67.5g을 암모니아수(NH4OH) 570ml에 녹인 후 증류수로 1000ml가 되게 조제한다.
  • E.B.T(Erio Black T) 지시약 : E.B.T 0.5g을 에틸알콜(C2H5OH)100ml에 녹인다
  • 0.01M EDTA 표준용액 (Ethylene diamine tetra acetic acid) : EDTA 3.722g을 증류수에 녹여 1000ml가 되게 한다
  • 삼각플라스크와 눈금이 정확한 피펫

 

2) 총 경도 측정법

시료수를 정확하게 50ml취하여 삼각 플라스크에 옮긴다

여기에 완충용액을 1ml 넣고, EBT 지시약을 2~3방울 떨어뜨린다. 만약 경도가 높은 시료수라면 붉은 색을 나타낸다

준비된 EDTA 표준용액을 1 방울씩 떨어뜨리고, 삼각 플라스크를 잘 흔들어 붉은 색깔이 푸른색깔로 변하는 순간 사용된 EDTA 표준용액의 양을 기록한다.

여러 차례 측정한 후 평균값으로 판정한다

 

총 경도 = EDTA 소요량(ml) × 20

만약 EDTA가 5ml사용되었다면, 5× 20 = 100ppm 이 된다.

 

 

 

출처  섬유지식까페  철이색시님 글

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