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Waterless Dyeing : How Near, How Far? (다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가) ••••정보의 장 물은 손쉽게 사용가능하고, 상대적으로 값싸며, 정 제하기 간단하기 때문에 천여년 동안 섬유의 염색에 사용되어져 왔다. 그러나 물은 섬유용 염료의 다수를 위한 뛰어난 용매인 반면에, 물의 수소결합 구조는 높 은 끓는점과 높은 증발 잠열을 갖게 한다. wet 공정에 서 섬유의 건조는 그래서 상당히 많은 양의 에너지를 소비하고, 건조 비용은 에너지 가격이 올라감에 따라 증가하기 시작하는 것으로 보인다. 올해 초부터 시작된 유가 인상은 2008년 7월의 최 고점 US147$보다는 여전히 낮기는 하지만, 배럴당 US100$에서 US120$이상으로 증가하고 있다. 그러나 많은 오일 무역상들은 재개된 지정학적인 마찰과 이란 산 오일에 대한 수출 금지령 그리고 예멘, 남 수단, 시 리아로 부터의 공급 감소로 인해 2012년 상당히 원유 가격이 오를 것으로 믿고있다. 물 없는(즉 비수계;non-aqueous) 염색(Waterless dyeing)은 특히 지난 50여년 동안 깊게 연구되어 온 목표이지만, 많은 기술적, 환경적 모순과 유독성에 대 한 쟁점, 시간에 대한 비수계 염색의 경제성 변동으로 인해 성공에 한계가 있었다. 처음에는 waterless 염색 시스템이 단순히 섬유의 수분율(moisture regain value) 때문에 종종 약간의 물을 틀림없이 포함할 것으로 지적되었다. 예를 들어 다양한 섬유에 대해 waterless 염색을 행할 수 있는 대 표적인 물의 양은 상대습도 65%와 20℃의 상태에서 Table 1에서 보여지는 것과 같다. 천연섬유가 합성섬유와 비교하여 염색 시스템에서 많은 물을 갖고 있는 것으로 보여질 수 있으며, 이러한 염색 시스템에서 염색을 위해 약간의 물이 필요하기 때문에 이온 그룹을 포함하고 있는 염료로 천연섬유가 염색되기 위해서 실제적으로 중요한 것이다. 그러나 염색 온도가 20℃이상으로 증가하는 동안 섬유로 부터 의 물의 탈착은 비수계 매체(non-aqueous medium) 의 관점과 사용된 설비의 디자인에서 복잡한 쟁점에 이를 수 있다. 예를 들어 비수계 solvent-water 공비 혼합물(azeotrope; 즉 일정한 끓는 점 혼합물)의 구성 또는 설비의 리사이클/비수계 매체의 재사용을 위해 염색 사이클의 끝에서 비수계 매체로부터 물을 분리하 기 위한 필요성은 기술적, 경제적 쟁점을 만든다. Table 1. 섬유의 수분 흡수 (65% RH, 20℃) Fiber 섬유의 수분 흡수율% 면 (Cotton) 7~8 머서화 면 (Mercerised Cotton) 12까지 아마 (Flax) 12까지 실크 (Silk) 10 울 (Wool) 14 비스코스 (Viscose) 12~14 나일론 6 (Nylon 6) 4.1 폴리에스테르 (Polyester) 0.4 아크릴 (Acrylic) 1~2 모다크릴 (Modacrylic) 0.5~1 Waterless Dyeing System Waterless 염색을 위한 많은 접근들이 연구되고 있 으며, 다음의 비수계 매체를 사용한 waterless 염색 시 스템에 대한 진전이 진행되고 있다. •유기 용매로부터 염색(solvent dyeing) •무수 액체 암모니아(anhydrous liquid ammonia) •증기상 염색(vapour phase dyeing) 11 정보의 장┃다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가

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Page 1: Waterless Dyeing : How Near, How Far? (다양한 기술적 접근의 … · •승화 (sublimation) •이온성 액체 (ionic liquid) •초임계 이산화탄소(supercritical carbon

Waterless Dyeing : How Near, How Far?(다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가)

••••정보의 장

물은 손쉽게 사용가능하고, 상대적으로 값싸며, 정

제하기 간단하기 때문에 천여년 동안 섬유의 염색에

사용되어져 왔다. 그러나 물은 섬유용 염료의 다수를

위한 뛰어난 용매인 반면에, 물의 수소결합 구조는 높

은 끓는점과 높은 증발 잠열을 갖게 한다. wet 공정에

서 섬유의 건조는 그래서 상당히 많은 양의 에너지를

소비하고, 건조 비용은 에너지 가격이 올라감에 따라

증가하기 시작하는 것으로 보인다.

올해 초부터 시작된 유가 인상은 2008년 7월의 최

고점 US147$보다는 여전히 낮기는 하지만, 배럴당

US100$에서 US120$이상으로 증가하고 있다. 그러나

많은 오일 무역상들은 재개된 지정학적인 마찰과 이란

산 오일에 대한 수출 금지령 그리고 예멘, 남 수단, 시

리아로 부터의 공급 감소로 인해 2012년 상당히 원유

가격이 오를 것으로 믿고있다.

물 없는(즉 비수계;non-aqueous) 염색(Waterless

dyeing)은 특히 지난 50여년 동안 깊게 연구되어 온

목표이지만, 많은 기술적, 환경적 모순과 유독성에 대

한 쟁점, 시간에 대한 비수계 염색의 경제성 변동으로

인해 성공에 한계가 있었다.

처음에는 waterless 염색 시스템이 단순히 섬유의

수분율(moisture regain value) 때문에 종종 약간의

물을 틀림없이 포함할 것으로 지적되었다. 예를 들어

다양한 섬유에 대해 waterless 염색을 행할 수 있는 대

표적인 물의 양은 상대습도 65%와 20℃의 상태에서

Table 1에서 보여지는 것과 같다.

천연섬유가 합성섬유와 비교하여 염색 시스템에서

많은 물을 갖고 있는 것으로 보여질 수 있으며, 이러한

염색 시스템에서 염색을 위해 약간의 물이 필요하기

때문에 이온 그룹을 포함하고 있는 염료로 천연섬유가

염색되기 위해서 실제적으로 중요한 것이다. 그러나

염색 온도가 20℃이상으로 증가하는 동안 섬유로 부터

의 물의 탈착은 비수계 매체(non-aqueous medium)

의 관점과 사용된 설비의 디자인에서 복잡한 쟁점에

이를 수 있다. 예를 들어 비수계 solvent-water 공비

혼합물(azeotrope; 즉 일정한 끓는 점 혼합물)의 구성

또는 설비의 리사이클/비수계 매체의 재사용을 위해

염색 사이클의 끝에서 비수계 매체로부터 물을 분리하

기 위한 필요성은 기술적, 경제적 쟁점을 만든다.

Table 1. 섬유의 수분 흡수 (65% RH, 20℃)

Fiber섬유의 수분 흡수율%

면 (Cotton) 7~8

머서화 면 (Mercerised Cotton) 12까지

아마 (Flax) 12까지

실크 (Silk) 10

울 (Wool) 14

비스코스 (Viscose) 12~14

나일론 6 (Nylon 6) 4.1

폴리에스테르 (Polyester) 0.4

아크릴 (Acrylic) 1~2

모다크릴 (Modacrylic) 0.5~1

Waterless Dyeing System

Waterless 염색을 위한 많은 접근들이 연구되고 있

으며, 다음의 비수계 매체를 사용한 waterless 염색 시

스템에 대한 진전이 진행되고 있다.

•유기 용매로부터 염색(solvent dyeing)

•무수 액체 암모니아(anhydrous liquid ammonia)

•증기상 염색(vapour phase dyeing)

11정보의 장┃다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가

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•승화 (sublimation)

•이온성 액체 (ionic liquid)

• 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide)

Solvent Dyeing

테트라클로로에틸렌(퍼클로로에틸렌)과 같은 유기

용매로 부터의 솔벤트 염색에 대한 문헌은 매우 광범

위하며, 1969년 Milic`evic` 는 20년 동안 642개의 특허

가 승인되었다고 말했다. 그러나 비록 1970년대 이 문

제에 대한 광범위한 검토가 나타나긴 하였지만, 솔벤

트 염색의 상업적인 개발은 무시해도 될 정도였다.

물과 비교하여 퍼클로로에틸렌의 관련 특성 비교는

Table 2에 설명되어 있다. 보는 바와 같이 물(수소결합

된 액체)과 비교하여 퍼클로로에틸렌은 보다 빠르고 경

제적으로 가열될 수 있다. 그러나 순수한 퍼클로로에틸

렌이 물(100℃)보다 더 높은 끓는 점(121.1℃)을 갖지

만, 시스템 내 15.8% 물의 존재는 끓는 점을 87.8℃로

제한하는 공비혼합물(azeotrope)을 형성할 수 있다.

Table 2. 퍼클로로에틸렌(Perchloroethylene)과 물의 선택적 특성

Perchloroethylene Water

밀도 (g/㎖) 1.621 1.0

끓는 점 (℃) 121.1 100

잠열 (cal/g) 50.0 540

비열 (Specific heat) 0.215 1.0

끓는점에서의 증기 밀도 (공기=1.0)

5.83 0.60

표면 장력 (dyn/㎝) 32.3 72.75

점도 (cP) 0.88 1.002

용해성-solvent in water at 25℃ (g/100g)

0.015

용해성-water in solvent at 25℃ (g/100g)

0.01

공비 혼합물(Azeotrope) - 끓는점 (℃)

87.8

구성 - water/solvent 무게비 15.8~84.2

한계치(Threshold limit value) (ppm) in 1971

100

그러나 1970년대에 퍼클로로에틸렌에 대한 일반 사

람이 손상없이 노출될 수 있는 평균농도인 허용한계값

(threshold limit value/직업 노출한계;occupational

exposure limit)은 공기 중에서 단지 100ppm이었

다. 그 후 퍼클로로에틸렌의 독성은 국제 암 연구기관

(International Agency for Research on Cancer)에

의해 평가되고 있으며, 인간에게 아마 암을 유발할 수

도 있는 것을 의미하는 Group 2A 발암물질로 분류되

고 있다.

셀룰로오스 섬유 등의 염색은 시스템 내에 물의 존

재를 필요로 하는 이온성 염료로 염색을 하여 복잡

한 요소이기 때문에 대부분의 연구는 퍼클로로에틸렌

의 폴리에스테르 분산염색에 집중되었다. 그러나 퍼

클로로에틸렌 안에서 분산염료를 사용한 폴레에스테

르의 솔벤트 염색에서 중요한 문제점은 분산염료의 용

해 파라미터가 폴리에스테르보다 퍼클로로에틸렌에

더 가까워, 결과적으로 분산염료가 솔벤트에서 선택적

인 용해성을 유지하게 된다. Kothe는 1,100개의 첨가

물이 없는 분산염료를 연구하였지만, 오직 한개만 50

보다 큰 폴리에스테르에 대한 흡진을 준다는 것을 발

견하였다. 분산염료의 이러한 퍼클로로에틸렌에 너무

잘 용해되는 문제에 대한 한가지 재미있는 해결책이

DACSOL 공정에서 실리콘-유체-퍼클로로에틸렌 혼

합물을 사용한 Love에 의해 개발되었다. J&P Coats

Ltd.에 의해 개발된 DACSOL 공정은 분산염료와 형

광증백제가 사용되는(희석제 첨가없이) 폴리에스테르

실의 배치(batch) 염색을 위해 특별히 디자인 된 것이

었다. 이 공정은 저점도 실리콘 유체(75~80% 부피)와

퍼클로로에틸렌을 사용하였다. 이는 염료의 용해도 감

소에 의한 염욕 흡진을 증가시키고, 효과적으로 욕비

를 낮춤으로써 섬유에서 염료의 선호 분할 계수가 변

경된다.

미고착 염료와 잔류 솔벤트의 제거는 아세톤 린싱과

뒤이은 스팀 건조에 의해 행해진다. 그러나 1970년대

초 오일 가격의 급격한 증가는 퍼클로로에틸렌을 이용

한 솔벤트 염색을 비경제적으로 만들었다. 왜냐하면

솔벤트는 재사용을 위해 회수되어야 하고, 일부 솔벤

12 DYETEC VISION

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정보의 장┃다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가

트가 염색 후 섬유 내에 남아있어 솔벤트 로스가 생기

며, 이는 또한 공정의 경제성에 불리하게 영향을 미치

기 때문이었다.

Anhydrous Liquid Ammonia

무수 액체암모니아는 1925년에 천연 셀룰로오스

계 섬유를 위한 팽윤제로 처음 연구되었다. 끓는 점

-33.4℃로써 낮은 온도(예를 들어 -40정도)에서 섬유

처리가 행해져야 하지만, 34.39 dynes/㎝의 낮은 표면

장력이 수초내에 빠르게 면 섬유로 침투되어 면 재봉

사의 강도 개선을 위한 Coats Prograde 공정의 기초

를 형성했다. 다양한 다른 섬유에 대한 처리 또한 소개

되었다. 암모니아는 건조/증열 공정 또는 온수에 의해

제거되었다. 무수 액체암오니아 처리는 암모니아 제거

방법에 의해 면 섬유의 구조가 달라진다. 이는 결과적

으로 천연의 셀룰로오스 Ⅰ형태에서 암모니아의 팽윤/

제거 후에 동일한 형태로 되돌아가거나, 또는 머서화

면(셀룰로오스 Ⅱ)과 유사한 더욱 광택이 있는 외관(셀

룰로오스 Ⅲ형태)으로 변환시킨다.

연속 염색을 위한 RAM(Rapid Anhydrous Method)

은 패드-스팀 공정을 이용한 무수 액체암모니아를 이

용했다.

직접, 황화 및 반응성 염료는 무수 액체암모니아에

용해성이 있고, -40℃에서 패딩된 후, 암모니아를 제

거하기 위해 증열되어 염료를 고착한다. 분산염료는

무수 액체암모니아에 불용성이며 폴리에스테르에 분

산염료를 고착시키기 위해 150~170℃에서 과열 증열

이 필요했다. 염색 조제와 pH 컨트롤은 필요하지 않았

고, 미고착 염료는 린싱 후처리에 의해 제거되었다.

그러나 무수 액체암모니아는 독성이다. 공기 ㎥당

암모니아 가스 1.5g에 단시간 노출은 사망을 일으키

며, 설비는 폭발하기 쉬운 혼합물 형태인 혼합 공기에

서 16~27% 암모니아 부피로 운전되어야만 한다. 무

수 액체암모니아는 구리, 니켈, 아연, 주석 및 많은 합

금을 공격하고, 수은과 접촉하면 폭발을 야기할 수 있

는 잠재성이 있기 때문에 금속 온도계에서 수은이 사

용될 수 없다. 이러한 것들 및 다른 이유로 이 무수 염

색방법은 가동하기에 매력적이지 못하다.

Vapour Phase Dyeing

1996년 영국 리즈대학의 색채 화학 염색학과에서

소형 패키지 형태의 폴리에스테르 섬유에 기화된 형태

로 분산염료의 흡수 가능성을 실험실 염색기로 보여주

었다. 온도영역 180~220℃에서 사용하였으며, 폴리

에스테르와 나일론에 대해 완전히 침투된 염색을 얻었

다. 그러나 분산염료가 열적 분해에 견뎌야만 한다. 실

험은 단색에 대한 균염 부여인데 반하여, 추후 경험적

으로 균염과 컬러매칭을 해야하는 염료의 혼합의 어려

움은 더욱 문제가 있었다. 대량 염색을 위한 설비의 디

자인은 상업적 이용에서의 만족을 위하여 존재하는 상

당한 공학적 문제가 있는 것으로 드러났다.

Sublimation Dyeing Systems

승화 전사날염은 기술로서 확실히 자리를 잡았으며,

원단의 각 면에 동일한 색상을 얻기위한 이중 염색 시

스템(duplex dyeing system)과 같이 원단의 양면에

완전히 침투시키는 것을 얻기위해 진공 보조 공정을

사용할지도 모르지만, 이러한 원리를 사용하여 염료

를 원단으로 이동시키는 것이 가능해야 한다. 이 기술

은 원단의 표면과 이면에 다른 색상을 가진 이색 원단

(bi-colored fabrics)을 만드는 것으로 확대할 수 있다.

분명히 waterless 염색 시스템을 위한 섬유 기재는 폴

리에스테르나 다른 합성섬유일 것이기 때문에 승화에

대한 염색 견뢰도가 문제가 될 수 있다.

하지만 이러한 염료 이송은 물이 없는 제조공정인데

반하여 전사지의 생산과 염료의 적용, 수지, 기타 등은

waterless가 아니며, 이런 이유로 물의 사용은 단순히

pre-dyeing 공정으로 전사된다.

다양한 전사지를 사용하여 염료를 폴리에스테르/울

혼방 직물에서 로그 폴리에스테르 실(rogue polyester

thread)로 염료를 이동시키기 위한 염료 저장소처럼

사용된 아주 많은 염료가 탑재된 폴리에스테르 원단

을 사용한 것이 Troydale 공정(Troy Mills, UK) 이었

다. 이와 같이 만약 폴리에스테르/울 원단의 전반적

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인 색상이 갈색이라면, 갈색으로 염색된 저장소 원단

(reservoir fabric)은 전사 칼렌더에 원단과 함께 통

과하게 된다. 염색된 rogue 폴리에스테르 실의 갈색

은 효과적으로 결점을 감춘다. 원단 3백만 미터의 상

당량이 이러한 유용한 공정에 의해 등급하락으로부

터 구해졌다. 하지만 저장소 원단(reservoir fabric)

은 수계 염색시스템을 통해 염색되었으며, 이 공정

은 전범위 모든 색상을 염색하기에는 적합하지 않았

다. 최근에 Katmandu(미국 서쪽 캘리포니아)는 roll-

to-roll, roll-to-piece, piece-to-piece 형태로 색

상을 입힌 원단을 생산하기 위한 염료 승화(Kinetic

Colorisation™)의 상표 등록 된 첨단 형태의 새로운

녹색기술을 발표하고 있다. 이 기술은 사실상 물을 사

용하지 않는 공정으로 폴리에스테르, 폴리에스테르/면

혼방, 라이크라, 나일론 까지도 wet dye 효과로 생산

한다고 주장한다. 이 회사는 또한 원단의 양쪽 면(2개

의 다른 색상 또는 날염)에 염색하기 위한 특별한 능력

이 있다고 주장한다. 이러한 원단은 의류용, 집안 장식

용, POP 광고사인 및 많은 군사용도로 사용된다.

Dyeing in Ionic Liquids

이온성 액체(ionic liquid)는 그린 솔벤트(green

solvent)로 여겨지는 소재의 중요한 부류이다. 이온성

액체는 상온에서 120℃까지 유동적일 수 있는 액체상

태에서 염(salts)이며, 보통 200℃ 훨씬 이상에서 열안

정성이다.

Pingale과 Jawale에 따르면 이온성 액체의 몇몇 장

점들은 다음과 같다.

•대부분의 유기 및 무기 물질을 용해시킬 수 있음

•전기화학적으로 안정함

•높은 열전도성을 나타냄

•열적으로 안정함

•무시해도 될 정도의 증기압을 가짐

•화재 또는 폭발 위험이 거의 없음

• 한번 반응이 완료되면 재활용을 위해 쉽게 분리될

수 있음

• 자주 더욱 민감한 반응 또는 높은 수율 결과를 가

져옴

•특별한 적용에 맞도록 맞춰질 수 있음

현재까지 갖고 있는 일부 난점들은,

•여전히 상대적으로 비싸며,

• 모든 물질들에 대한 생태학적 위험이 여전히 명확

하지 않음

이온성 액체의 지극히 낮은 증기압은 이들을 유기 용

제와 비교하여 다루기 쉽게 만든다. 게다가 이온성 액체

는 높으며 온도와 관련된 유전율을 보이며, 이는 셀룰로

오스, 케라틴, 실리콘과 같은 물질들에 대한 뛰어난 용

해성을 부여한다. 이온성 액체는 크게 이온과 단기 이온

쌍(short-lived ion pair)으로 구성되며, 셀룰로오스, 울,

실크를 용해시키기 위해 사용될 수 있다.

BMIM+Cl-(1-Butyl-3-methylimidazolium

chloride)와 같은 염소함유 이온성 액체는 효과적인

용제이다. 폴리에스테르/비스코스 직물의 번아웃 날

염(devore )을 위해서는 EMIM-Ac(1-ethyl-3-

methylimidazolium acetate)가 사용되고 있다.

독일의 Deutsches Textil-forschungszentrum

Nord-West eV(DTNW/Universita t Duisberg

Essen)에서 예비 실험을 통해 이온성 액체가 분산, 카

티온, 반응성, 메탈 콤플렉스 염료를 사용하는 섬유

를 위한 염료 매개체로서 적합하다는 것을 입증했다.

Centexble은 현재 2012년 6월 1일 시작하는 2년의

연구개발 프로젝트를 제안하고 있으며, 목표는 이온

성 액체로부터 천연 및 합성섬유를 염색하기 위한 운

용 기술의 원칙을 개발하는 것이다. 면, 폴리에스테르

(PET, PBT, PTT)와 같은 섬유는 물론 울, 폴리아마이

드, 아크릴 섬유가 연구될 것이다. 이온성 액체의 사

용은 최소한의 대기 오염을 가진 대기압과 고온에서

waterless 염색 시스템을 위한 잠재력을 제공한다.

Dong은 4 1-alkyl-3-methylimidazolium

bromide 이온성 액체(Cn MimBr, 여기서 n=4, 8, 12

14 DYETEC VISION

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정보의 장┃다양한 기술적 접근의 역사적 평론과 평가

또는 16)에 대한 연구를 하고있다. 나일론에 대한 산성

염료의 흡수는 비록 염료-이온성 액체의 상호작용과

염료-이온성 액체 복합물의 응집 증가로 염료 흡수에

부정적인 영향을 가하지만, C8MimBr이 존재함에 따

라 증가되었다. 또 다른 연구로는 CI Acid Blue 7 염료

를 사용하여 울에 아세테이트 기반과 브로모 기반 이

온성 액체 처리의 영향에 대한 연구가 행해지고 있다.

분명히 이러한 연구는 여전히 초창기이며, 만약 필

요한 물리화학적 물성을 찾을 수 있는 적절한 이온성

액체와 적당한 설비 설계/리사이클 시스템이 개발될

수 있다면 waterless 염색의 어떠한 형태로 부각될 것

인지를 알아보기 위해 흥미로울 것이다.

SCO2 Dyeing

SCO2(supercritical carbon dioxide;초임계 이산화

탄소) 염색은 완전히 재검토되고 있다. 임계점보다 높

은 초임계 CO2는 액체와 기체 모두의 특성을 보인다.

최초의 semi-technical 규모의 염색기는 ITMA 1991

에서 Jasper GmbH & Co(Velen, 독일)에 의해 전

시되었지만, 실제로 많은 기술적 문제가 발생했으며

Jasper에 의해 기술이 중단되었다.

30리터 용량의 또 다른 시험 장치가 ITMA 1995에

서 UHDE Hochdrucktechnik GmbH(Hagen, 독일)

와 Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West

eV(Krefeld, 독일)의 공동 연구에 의해 전시되었다.

이 설비는 염색 공정 동안 과도한 염료 및 방사 유제

의 제거와 분리뿐만 아니라, 색상 변경을 위한 설비의

세척 및 CO2의 재활용을 위해 추출 사이클(extraction

cycle)을 포함시켰다. 또한 분리된 염료 저장 용기와

훨씬 높은 유량을 가진 펌프가 통합되어 있다.

분산 염료로 폴리에스테르를 염색하기 위해 이상적

으로 적합한 염색 설비는 일반적으로 140℃이상의 온

도와 250~300bar정도의 상당한 압력 아래에서 가동

된다. 그러므로 이와 같이 높은 압력을 이겨내기 위한

설비의 공학은 상당히 튼튼해야 하기 때문에 물 기반

의 염색 설비와 비교하여 설비의 가격이 증가한다. 그

러나 천연 섬유를 염색하기 위해 반응성, 직접, 산성

염료가 사용되는 것은 거의 sCO2에서 불용성인 반면,

분산 염료는 주목할 만한 용해성을 보인다. sCO2는 종

래의 수계 염색(aqueous dyeing)에서 물이 하는 정도

의 크기로 셀룰로오스, 울, 실크 섬유와 같은 극성 섬

유(polar fiber)에서 수소결합(hydrogen bond)을 깰

수 없기 때문에 섬유로의 염료 확산(dye diffusion)을

저해한다. 더욱이 종래의 분산 염료는 극성 섬유와 단

지 약간의 상호작용을 나타낸다. 천연 섬유 염색의 문

제점들을 해결하기 위한 다음과 같은 다양한 접근들이

연구되고 있다.

• 팽윤 및 가교제(예를 들어 고분자량 폴리에테르

유도체, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 또는

폴리프로필렌 글리콜)의 침투

• 보조용매(co-solvent; 예를 들어 메탄올, 물)의

사용

•섬유 개질 기술(예를 들어 소수성기의 도입)

그러나 이러한 접근들은 수계 염색에 대한 sCO2 염

색의 주요한 이점들을 떨어뜨린다.

대안으로서의 접근은 셀룰로오스, 단백질 섬유를 위

한 섬유 반응성기(reactive functional group)를 가진

개질 sCO2 용해성 분산 염료이다. 염료 개질 방법은

다음을 포함한다.

• 함침된 면 섬유에 대한 적용을 위한 설폰화 그룹

이 개질된 분산 염료

• 면과 단백질 섬유 염색을 위한 1,3,5-trichloro-

2,4,6-triazine 그룹이 개질된 분산 염료

• 단백질 섬유 염색을 위한 SO2, chloride,

bromide, iodate, acetate, phenolate 또는

toluenesulfonate 그룹이 개질된 분산 염료

• 면과 단백질 섬유 염색을 위한 2 bromoacrylic

acid ester 또는 amide 그룹이 개질된 분산 염료

• 면과 단백질 섬유 염색을 위한 vinylsulfone 그룹

이 개질된 분산염료. 이 접근은 아민 그룹을 포함

하고 있는 섬유의 염색에 위한 가장 적합한 방법

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Page 6: Waterless Dyeing : How Near, How Far? (다양한 기술적 접근의 … · •승화 (sublimation) •이온성 액체 (ionic liquid) •초임계 이산화탄소(supercritical carbon

으로 여겨짐.

종래의 수계 염색에 대한 분산염료를 사용한 폴리

에스테르 sCO2 염색의 이점은 다음과 같다.

•수 처리와 수질 오염의 완전한 배제

•섬유 건조를 위한 에너지 비용의 절감

• 보조 조제가 필요없음

•염색시 균염성/염료 흡진이 매우 높음

• sCO2 염색시 매우 짧은 시간을 필요로 하며 매우

높은 유연성과 단납기 부여

• 폴리에스테르와 폴리아마이드 섬유를 위한 염색

이 제대로 수행된다면 후처리(예를 들어 환원세

정)를 필요로 하지 않음

• 이산화 탄소는 독성이 아니며, 천연 자원으로부터 얻

을 수 있고 염색 공정에서 쉽게 재활용 될 수 있음

sCO2 염색 기술에 있어서 최신 개발기술은 네

덜란드에서 처음에 DyeCoo의 모회사인 FeyeCon

Development & Implementation BV의 11년에 걸친

연구개발을 바탕으로 최초의 상업적인 sCO2 염색기를

개발한 DyeCoo Textile Systems BV에 의해 2010년

에 출시되었다. 기술적, 공학적 전문 기술은 파트너인

Stork Prints와 Delft 대학에서 제공받고 있으며, 특별

히 개발된 Chemische Fabriek Triade BV의 분산염료

와 Setex Schermuly Textile Computer GmbH(독일)

의 컨트롤 시스템을 사용하고 있다.

첫 번째 설비는 DryDye라는 공정 브랜드를 갖고 있

는 Yeh Group의 일원인 태국의 Tong Siang Co. Ltd

에 설치되어있다. 현재는 DyeOX 2250 시리즈 1으

로 명명된 3개의 염색기를 가진 DyeCoo 설비가 전폭

(60~80인치 폭)으로 100~125kg의 직물 배치를 염색

한다. 또한 DyeCoo는 200kg 배치까지 가능한 더 큰

설비에 대해 계획하고 있다.

DyeCoo sCO2 설비는 553개가 참가한 2009년의 8

주년 Herman Wijfells Innovation Award에서 일류

업적으로 선정되었다. 나이키는 선수와 지구 모두에

도움이 되는 나이키사의 장기적 전략을 입증하고, 이

러한 장기적 전략과 혁신 및 지속 가능성을 강화하는

DyeCoo Textile Systems BV와의 전략적 제휴를 시작

해오고 있다.

< 나이키로부터 지원을 받고 있는 초임계 이산화탄소 기반의 DyeCoo 시스템 >

결론

이상과 같은 간단한 보고서로부터 waterless dyeing

을 위한 가장 유망한 기술이 초임계 이산화탄소 기술

에 바탕을 둔 것이라는 것은 분명하다. 이는 분명히 폴

리에스테르 직물의 분산염색에 적용할 수 있지만, 면,

비스코스, 라이오셀과 같은 셀룰로오스 섬유의 염색과

울, 실크와 같은 단백질 섬유의 성공적인 염색을 위해

서는 추가적인 연구가 필요할 것이다.

이온성 액체가 waterless dyeing을 위해 가능한 것

처럼 보이지만, 상업적 현실로 이끌기 위해서는 훨씬

더 통합된 연구와 개발이 필요할 것이며, 그 결과는 특

정 섬유의 염색 시스템을 위한 이온성 액체의 올바른

선택에 의존할 것이다.

출처 : International Dyer May 2012

제공 : 민 문 홍

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