[논문자료] 초임계 유체 이산화탄소 염색에서 분산염료와 PET의 친화성

출처: 픽사베이

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합성섬유의 대표적인 섬유인 PET섬유는 일반적인 염색공정에서 전처리 과정을 거친 후 분산염료를 물에 분산하여 고온 고압으로 염색하며, 염기로 처리하고 배출된 폐수를 산으로 중화과정을 거친다. 이와 같이 합성섬유 염색공정은 염색 및 세척공정을 포함하여 많은 량의 물이 사용되며, 이로 인해 폐수 발생량도 많다. 2000년대 이후 친환경 이슈가 주목을 받으면서 친환경 생산 및 공정 설비에 대한 관심이 집중되고 있다. 따라서 염색용수를 사용하지 않고자하는 노력의 일환으로 "초임계 유체 염색 supercritical fluid dyeing(SFD)"으로 알려진 새로운 염색 공정이 개발되어 지속적인 주목을 받고 있다.

 

초임계 유체란 임계 온도와 임계 압력 이상의 조건에서 일반적으로 액체의 성질인 높은 용해력과 기체의 성질인 높은 확산성 때문에 용매의 특성을 가지고 있다. 초임계 염색 공정에서 용매로 사용되는 유체는 이산화탄소이며, 7.38MPa, 31.1℃의 임계점을 가지고 다른 유체에 비해 손쉽게 초임계 상태로 만들 수 있어 경제적이고 안정성이 우수하다. 또한 이산화탄소는 분산염료가 물에 잘 녹지 않는 단점을 보완 할 만큼 분산염료를 잘 녹이며, 소수성인 섬유에 높은 침투력을 가져 염료를 섬유 내부로 쉽게 운반할 수 있는 용매 이다. 따라서 초임계 유체 염색은 폐수가 발생하지 않고 염색 공정에서 어떠한 분산제 및 계면활성제도 필요하지 않으며, 공정에서는 세척 단계나 건조 단계가 필요하지 않기 때문에 많은 에너지를 절약 할 수 있다는 장점을 가진다.

논문 출처: http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=4835eb9164cc315effe0bdc3ef48d419&outLink=K

초임계 염색에서 PET섬유와 분산염료의 친화성을 확인하는 방법으론 IOB계산, chemical potential, surface free energy의 3가지 측정방법을 제시 하였으며, 결과로 Disperse red 167, Disperse violet 93, Disperse orange 155, Disperse blue 60, Disperse yellow 42, Disperse yellow 86분산염료 순으로 친화성이 높다. 그리고 친화성을 검증하는 방법으로 흡진율 및 K/S를 측정하였고 결론적으로 친화성을 확인하는 방법과 검증법의 경향성은 일치하는 것으로 확인할 수 있었다. 또한 염료의 용해속도를 예상할 수 있는 SEM 촬영을 통해 간단한 염료선정 방법을 제시하였다.

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초임계 이산화탄소 추출

 

초임계 유체의 특성

① 초임계 이산화탄소의 특성

- 암모니아 합성, 수소제조, 에탄올 제조, 전력 생산공정 등에서 발생하는 부산물

- 독성이 없고, 불연성이며, 비활성

- 친환경적인 용매 (공정에서 순환하여 재사용 가능)

- 낮은 임계치 (31.06℃ , 74bar)

- 높은 확산계수 (일반 용기용매 및 물과 비교하여 10~100배 높음)

- 압력 및 온도에 따라 밀도 변화

 

// 초임계 이산화탄소가 갖는 물성을 이용한 공정이 새로운 혁신 기술로서 주목받고 있습니다.

특히, 식품공업, 화학공업, 의약품공업, 재료공업, 환경산업, 에너지 다소비 산업 등의 분야에서 고품질의 제품생산이나 효율향상은 물론, 현재 사회문제로 대두되고 있는 환경보존이나 에너지 절약 등의 연구가 활발히 진행되고 있어 그 응용범위는 계속 확대되고 있습니다.

 

② 초임계 수의 특성

- 물의 임계치 (374℃ , 221bar) 이상에서 밀도, 유전상수, 전기전도도, 용해력 등 물리적 성질이 변합니다.

- 초임계수는 약한 극성 및 비극성 용매로 작용

:초임계수의 유전상수는 비극성용매(벤젠,에틸에테르,헥산)의 유전상수와 비슷한 값을 가집니다.

- 초임계수는 보통상태의 물에 용해되지 않는 유기물에 대해 우수한 용매

- 산소가 풍부하여 완전산화가 가능하며, 2차 오염물질의 생성이 없습니다.

- 단일상 산화반응으로 반응속도가 빠릅니다.

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