염색 전처리공정

염색 전처리공정

섬유를 전처리하는 목적은 후 공정의 염색, 날염, 가공을 잘하기 위하여 피염물을 준비하는 것으로 호발, 정련, 알칼리 처리, 표백 등의 공정이 있으며, 방사, 방적, 제직 및 기타 작업 중 섬유에 부착한 호료, 유제 기타 불순물 등을 제거하고 직물 중에 잔류해 있는 제직 시의 긴장이완, 직물의 백도 및 염색성, 촉감 등을 개선하는 공정이라고 요약할 수 있다.

 

그림 1.   전처리 공정 흐름도

 

 

그림 2.  전처리 기계의 종류

 

섬유의 종류, 형태, 처리량, 기계장치 등에 따라 다르며, 면의 예를 들면 다음과 같다.

공정명 공정기계 공정 해설
준비(해포) 입고된 직물을 다음 공정에 적합하도록 연결하는 공정을 말한다. 직기번호, 밀도, 중량, 폭, 길이, 등급 등을 작업 지시서에 기입하여 둔다.
모소(singeing) 실이나 직물의 표면에 있는 가는 털을 태워 표면을 평활하게 하고, 제품의 광택을 증가시켜 품질을 향상시키고, 필링(pilling)방지하기위해 실시하는 공정을 말한다.
호발(desizing) 제직 시 사용한 호제를 제거하는 공정이다.
정련(Scouring) 호를 제외한 불순물을 제거하여 흡습성을 좋게 하기 위한 공정이다.
표백(Bleaching) 백도를 향상시키고, 곰팡이를 없애주는 공정이다.
머서라이징
(Mercerizing)
셀룰로스 섬유에 치수 안정성 및 기타 성능을 높여주는 공정이다.
형광증백 표백한 섬유를 더욱 희게 하기 위해서 선명한 청색계 염료나 안료의 묽은 용액에 4∼5분간 처리하는 공정이다.

 

1. 호발 공정
1-1. 호제의 종류와 감별법

 

호제의 종류 중 전분과 그 유도체들은 전 세계 호제 소비량의 3/4를 이룬다. 그리고 자주 언급되는 다른 천연호제로는 셀룰로스 유도체, CMC 등이 있다. 가장 널리 사용되는 합성호제는 PVA, PAC, PES, 그리고 기타 중합체와 공중합체가 있다.

대부분의 호료들은 물에 팽윤시켜 세정하게 된다. 호발 공정의 가장 큰 문제점은 거의 모든 직물이 서로 다른 호제를 함유하고 있을 뿐만 아니라, 종종 혼합된 호제를 갖고 있는 점이다.

일반적으로 전분은 점착력은 낮지만 경제적이며 면섬유에는 사용상 문제가 되지 않아 일반적으로 널리 쓰이고 있으며 혼방직물 등에는 더욱 점착력이 높은 호제가 요구되므로 합성호제의 고 점착성과 탄력성의 특성으로 인해 현재 제직 공정에 많이 사용되고 있다.

전분은 55~60℃에서 팽윤이 되며 65~75℃ 부근에서 끈적끈적한 전분이 된다. 아밀로스와 아밀로팩틴 두 종류 모두 요오드법에 의해 확인 가능하다.

 

1) 전분의 확인 방법

 

시약 : 요오드화 칼륨(KI) (저장 안정성은 약 6개월임)

5g 요오드화칼륨(KI)을 100ml 증류수에 넣어 완전히 용해시키고, 2.54g 요오드(I2)를 100ml 에탄올에 넣어 녹인 후
두 개를 섞어 증류수를 부어 1000ml 로 만든다.

시험방법 : 직물에 용액을 떨어뜨림 → 천천히 문지름 → 색상 변화 판정

판정법 :

색상변화 없음 :  전분 없음

보라색 또는 검보라색 :  전분 존재 또는 합성 호제와 섞인 전분 호제 존재

 

그림 3  전분의 판정법(전분호제있슴(좌), 없슴(우))

   

 

2) CMC(Carboxy methyl cellulose)의 확인방법

 

시약 : 황산구리(CuSO4)Copper Sulphate, 아세트산(CH3COOH)

황산구리(CuSO4)를 100g/l의 농도로 증류수에 용해한다

시험방법 : 시험하고자 하는 원단을 증류수에 침지하여 끓인 후 황산구리 수용액을 떨어뜨려 탁도가 흐려지면,
아크릴 호제와 CMC호제가 존재하며, 아세트산을 떨어뜨려 침전물이 용해되지 않으면 아크릴 호제가 존재하며,
용해가 되는 경우 CMC호제가 존재한다고 판정한다.

판정법  :

황산구리 수용액을 떨어뜨린 후 변화

맑은 용액                :  CMC 없음,  아크릴호제 없음

뿌옇게 되거나 침전 발생  :  CMC 또는 아크릴 호제 존재

아세트산 투입 후 변화

불용성 침전              : 아크릴 호제 존재

가용성 침전             : CMC 존재

그림 4.  CMC호제의 판정법
   

 

3) PVA(Polyvinyl alcohol) 호제

 

PVA는 비닐 알콜의 모노머로부터 생산되는 것이 아니고 비닐아세테이트 모노머의 중합에 의해 만들어 진다.

모소와 열고정과 같은 열적효과는 PVA호제의 제거에 부정적인 영향(가열 → 결정화 → 불용화)을 미치기 때문에 호발 전에 열처리를 하는 것은 피해야 한다. 온도가 높을수록 PVA 호제를 제거하기가 용이하나 전해질과 알칼리에 아주 민감하다는 단점을 가지고 있다. PVA호제의 확인방법은 직물 상에서 요오드 용액과 붕산 용액에 의해 가능하다.

시약 : 40 g/l 붕산용액 (100%)

시험방법 : 전분확인용 시약을 우선 시험하고자 하는 원단에 떨어 Em린 후 조제한 붕산용액을 떨어뜨려 색상 변화를 확인한다.

판정법 :

blue 색상으로 변화 : PVA 호제 존재 (blue 색상 농도에 따라 PVA 잔류 정도를 판단한다.)

색상 변화 없음     : PVA 호제 없음

 

그림 5.  PVA 호제의 판정법

   

 

4) 아크릴계 호제

 

소수성섬유에 대한 아크릴계호제의 점착성은 합성호제 중 가장 우수하며 대전방지능력이 있고 열처리되어도 호발 정련에는 문제가 없다. 그러나 가격이 PVA보다 2∼3배 비싸며 Methanol, Ethanol, Isopropyl alcohol 등 저급 알코올을 함유하므로 향기가 강하다. 아크릴 호제 확인 방법은 CMC 호제 확인방법과 동일하나, 아크릴호제가 폴리에스테르섬유에 처리되어 있을 경우에는 염기성염료(1g/ℓ)를 이용하여 가염(50℃×30sec)을 하면, 섬유상에 잔류하는 호제만 염색을 시키므로 이러한 반응을 이용하여 호제의 부착정도를 판별할 수 있다.

그러나, 이러한 방법은 폴리에스테르섬유도 미세하게 염착을 시키기 때문에, 반드시 호제가 부착되어 있지 않은 위사의 염착정도와 비교하여 판정을 해야 하며, 가염 시 위사는 염착이 되지 않고 호제가 부착이 되어 있는 경사만 염착이 이루어지도록 가염조건을 조절하여 실험을 실시하여야 한다.

또한, 폴리에스테르섬유를 제외한 기타 소재의 섬유(면, 나일론 등)에 아크릴 호제가 부착된 경우에는 염기성 염료가 면, 나일론 등의 소재도 염착을 시키므로 염기성 염료를 이용한 호제판별은 불가능하다.

 

그림 6.   폴리에스터 섬유 상 염기성 염료에 의한 아크릴호제 잔류량의 판별예시 

생지 10%호발 20%호발 30%호발 40%호발 50%호발
60%호발 70%호발 80%호발 90%호발 100%호발

 

5) PES 호제

 

폴리에스터 중합 제품은 일반적으로 나트륨염 상태로 공급된다. 따라서 워터 제트 직기 제직용 경사에 적합하다. 이 호제를 제거하는 데는 pH 9 이상이 넘지 않도록 주의해야 한다. 만약 pH 9가 넘으면 술폰기가 잔류하여 실에 부착되면 불용성이 되기 때문이다. 이 결과 황산염기가 경사에 존재하여 용해에 악영향을 준다.

 

6) 왁스

 

왁스는 수용성으로 온수(50℃이상)에서 자기유화 분산되어 용해가 되지만 용해된 왁스는 수중에서 유화 분산되어 에멀젼 상태로 남는 경우도 있고 대부분 오일(oil) 형태로 액(bath)표면으로 부유하는데 이때 액 표면의 온도가 40℃ 이하가 되면 왁스가 겔상으로 응집하여 포에 재 부착되므로 제거하기 곤란한 상태로 된다. 따라서 이러한 액 표면의 온도에 대한 왁스의 겔화를 방지하기 위해서 각 수세조의 물을 오버플로우(overflow) 시키는 것이 좋다.

2. 정련 공정(Scouring)
섬유에는 여러 가지 불순물이 함유되어 있다. 특히 양모, 면, 실크, 마와 같은 천연섬유는 성장 과정에서 오는 여러 가지 불순물이 섬유의 한 성분으로 함유되어 있는데, 이와 같이 섬유 자신이 가지고 있는 불순물을 1차 불순물( 납질(cotton wax), 지방질, pectin질, 비누질, 섬유질 등)이라 한다.
인조 섬유는 제조되는 공정에서 원래 재료가 정제되어져 있기 때문에 1차 불순물이 거의 함유되어 있지 않다. 어떠한 섬유라도 방적, 연사, 제직, 편직 등의 제품을 만드는 공정 중에 조작을 쉽게 하거나  섬유의 상해를 막기 위하여 유제, 호제, 계면활성제 등이 가해지고, 또 작업 중에 기계기름, 녹,  먼지 등이 우연히 묻게 된다. 이와 같이 작업 공정 중에 일부러 가하거나 우연히 묻게 된 불순물을  2차 불순물이라 한다. 이들 1차나 2차의 불순물은 표백용액이나 염색용액 등이 섬유에 침투하는 것을 방해하고, 섬유를 순백 하게 한다든지, 선명하고 아름답게 염색하는 데 지장을 주기 때문에 표백 및 염색에 앞서 제거해  주어야 한다. 이들 불순물을 제거하는 공정을 정련이라 한다.

 

2.1 정련의 목적

표백제나 염료의 침투를 용이, 선명한 색상, 균일한 표백, 염색이 되게 하기 위한 목적을 가진다.

 

2.2 정련제(scouring agent)

섬유 및 섬유제품중의 여러 가지 불순물을 제거하는 약제로서 거의 대부분이 계면활성제이다.

 

1) 계면활성제 정의

기체와 액체, 상호불용성의 두 액체, 고체와 액체의 접촉면(계면)에서 어떤 물질이 액체에 녹으면 그 용액에서 계면에 흡착되어 계면에너지를 감소시켜 활성화하여 습윤, 유화, 분산, 가용화, 세정작용을 하는 약제를 말한다.

 

2) 계면활성제의 3단계 작용

① 피세정물내에 세정제가 침투하는 과정(표면장력의 감소)
② 불순물을 고체면으로부터 분리하는 과정(계면전위 변화 및 물리적인 힘)
③ 불순물을 피세정물로부터 탈리, 제거하는 과정

 

3) 이온별 계면활성제의 특성

 

음이온(Anion) 계면활성제

수용액 중에서 전리화되어 활성부분이 음이온이 되는 친수기를 갖는 계면활성제로 그 특성은 셀룰로스계 섬유에는 친화력이 없고, 단백질섬유나 나일론은 산성욕중에서 강한 친화력을 갖는다. 또한 양이온활성제와 병용하면 해리 또는 침전이 일어나고, 세정성, 침투, 분산, 유화성이 뛰어나다.

 

양이온(Cation) 계면활성제
수용액 중에서 전리화되어 활성부분이 양이온이 되는 친수기를 갖는 계면활성제로 그 특성은 산, 염류에는 안정하나 알칼리에 불안정하고, 음이온 활성제와 병용하면 침전이 일어난다. 또한 약산성을  나타내며, 우수한 기포력을 갖고, 완염제, 균염제, 유화성이 뛰어난다.

 

양성(Amphoteric) 계면활성제
분자구조 중에 양이온, 음이온 관능기를 가지며, 알칼리에서는 음이온, 산성에서는 양이온을 나타내는  양성계면활성제로, 그 특성은 음이온과 양이온 성질을 동시에 가지고, 물에 잘 용해되며, 산과 알칼리에 안정하다. 넓은 pH 범위에 적용가능하며, 알칼리에서는 세정, 균염. 산성에서는 유연, 대전방지 작용을 하며 금속이온봉쇄 작용도 한다.

 

비이온(Non-ion) 계면활성제
수용액에서 ion으로 해리하는 기를 갖지 않는 계면활성제의 총칭하며, 그 특성은 수용성이며, 중성을 나타내며 이온 활성제에 비하여 산, 알칼리, 경수 등에 안정하며, 다른 활성제와 병용하면 상승효과를 얻을 수 있다.

 

 그림 7.   정련 후 흡습도 확인 방법

 

 

 

3. 표백 공정(Bleaching)
천연섬유나 인조섬유는 순백한 것이 거의 없으며, 약간의 색소를 함유하고 있다. 이들 섬유 안에 들어있는 색소 불순물은 정련에 의하여 제거되지 않으므로, 흰 제품으로 할 경우나 연하고 밝은 색깔로  염색하여 제품으로 할 때는 섬유가 상하지 않도록 주의하여 이 색소 불순물을 제거해 주어야한다. 이와 같이 섬유에 함유되어 있는 색소를 분해하여 순백하게 하여 주는 공정을 표백이라 한다.

3-1. 표백 방법
① 산화표백법 : 섬유에 함유되어 있는 색소를 산화제에서 발생하는 원자상태의 산소에 의하여 색소를 완전히 파괴시켜  다시 복색하지 못하게 하는 표백법으로 섬유의 상해 위험이 있으나 영구적이고 우수한 표백효과를 얻을 수 있다.
② 환원표백법 : 환원제의 환원작용에 의하여 무색의 Leuco compound로 만들거나 무색의 아황산화합물을 생성하여  표백하는 방법으로 섬유의 상해가 적고, 표백효과도 떨어지며, 복색되기 쉽다.
③ 형광표백제 : 자외선을 흡수해서 가시부의 단파장 광선을 방출하는 형광물질을 섬유에 흡수시켜 백도를 증진시키는  방법이다.
3-2. 표백제의 비교 

  H2O2 NaClO NaClO2
상온 표백 적합 적합 부적합
연속 표백 적합 부적합 적합
CPB 표백 적합 적합 적합
배치식 표백 적합 (적합) (적합)
햇빛에 대한 안정성 안정 불안정 불안정
기계 부식성 없음 약간 심함
유독가스 발생 유무 없음 Cl2 ClO2

 

 3-3. 정련 표백 용 기계

 

1) CPB식 정련표백

 

2) 연속식 정련표백

 

3) 윈치식 정련표백

 

4) 지거식 정련표백

 

출처 : 섬유지식까페 철이색시님글

답글 남기기