[논문자료] 초임계 염색 기술

출처: 픽사베이

---

현재 섬유 산업은 제품의 부가가치를 높이기 위하여 새로운 섬유 소재의 개발과 다양한 섬유 가공 공정에 주목하고 있다. 다양한 섬유 가공 공정 중 염색 공정은 섬유의 외관 및 촉감 의 변화와 밀접하게 관련되어 있다. 기존의 염색공정은 물을 염색용매로 사용하는 수계 염색이 주를 이루고 있다. 그러나 기존의 수계 염색의 경우 1 kg의 섬유를 염색하기 위하여 약 100 ~ 150 L의 폐수를 발생시키며 온도 유지 및 건조에 많은 에너지를 소비하는 등 에너지 소비 및 환경오염측면에서 문제점이 제기되었다. 2000년대 이후 쏟아지는 친환경 이슈에 대응하여 세계적인 의류 브랜드를 중심으로 친환경 생산 및 공정 설비에 대한 관심이 집중되고 있으며 예로 Greenpeace의 의류제품 Detox 캠페인[1], ZDHC (Zero Discharge of Hazardous Chemical Groups)의 유해물질 배출 규제[2], SAC의 Higg Index [3] 등 많은 기업과 단체들이 친환경 의류 생산에 대한 구체적인 전략을 수립하여 활동하고 있다. 국내의 경우에도 환경 규제에 대한 사회적 요구가 증가하고 있으며, 염색 공정 폐수 배출에 대한 규제를 강화하는 추세이다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201810748279291

지난 수 십 년간 초임계 염색 공정에 대해 많은 대학교들과 기업, 연구소들의 노력이 있었고 다양한 염료들의 대한 용해도 데이터를 비롯해 방대한 양의 자료가 축적되어 왔다. 폴리 에스터 염색에 관한 염색 공정 메커니즘이 상세히 밝혀졌고 산업화를 위한 대부분의 문제점들이 해결되었다. 따라서 폴리에스터 염색공정은 상용화를 위한 모든 준비를 마쳤고 나이키와 아디다스, DyeCoo의 사례를 통해 이미 첫발을 내딛었다고 결론지을 수 있다. 그러나 기존 염색 공정에 대한 우위를 보다 확보하기 위해 공정의 최적화에 대한 연구가 진행될 필요성이 있다. 현재 폴리에스터 초임계 염색 공정의 경우 여전히 염료의 용해도와 고분자의 팽윤 조건을 위해 고온, 고압 에서 진행하고 있으며 용해도가 낮아 염색시간이 오래 걸린다. 이에 대한 대안으로 공용매 방법이 제시되었지만 이는 초임계 염색 기술의 친환경적인 장점을 근본적으로 해치게 되므로 순수한 초임계 이산화탄소만을 사용하면서 공정 효율을 향상시키는 해결책이 필요하다.

 

나일론 6, 나일론 66와 같은 폴리아마이드 계열의 섬유 염색 또한 초임계상에서 성공적으로 진행되었지만 소량의 수분이 필요하다는 점과 특별한 반응 염료가 사용되어야 한다는 점에서 폴리에스터의 경우보다 공정이 복잡하다[55,56]. 아마이드, 폴리프로필렌, 폴리젖산 섬유의 경우 염색 후 견뢰도와 기계적 물성 증진을 위한 추가적인 연구가 필요하다. 수 년간 면, 모, 견과 같은 천연섬유에서 균일하고 좋은 염색 효율을 내기 위한 연구가 집중되었다. 면은 전세계 섬유산업에서 37%의 시장점유율을 차지할 정도로 중요한 섬유 중 하나이며 몇몇의 성공적인 결과가 있었으나 여전히 초임계 염색 공정에서 염색하기 가장 어려운 섬유인 만큼 심도 깊은 추가적인 연구를 필요로 하는 분야이다[57].

---

초임계 탈지

초임계 탈지

연속식 또는 회분식 발포체와 사출성형으로 구분하며 무독성, 무가연성 가스를 사용하여 친환경적인 공정으로 각광받는 시스템으로 분말사출성형은 금속사출성형(MIM: Metal Injection Molding), 세라믹사출성형(CIM: Ceramic Injection Molding)으로 분류되는 기술입니다.

 

주로 발포 공정, 복합 재료 제조에 사용되고 있으며, 심플한 디자인과 높은 안전성 그리고 사용자 편의성을 고려한 시스템입니다.

 

초임계 탈지 공정 장점

Debinding 공정 시간을 크게 줄일 수 있고, 친환경적이며 낮은 에너지 비용과 우수한 탈지 효과로 물성이 우수합니다.

또한 Swelling, Shrinkage가 없어 형태의 안정성이 좋습니다.

특히, Nano 분말에 적용할 경우 매우 효과적인 결과를 나타냅니다.

소결 후에는 제품 표면의 향상된 표면을 얻을 수 있고 두꺼운 부품에서도 양산이 가능합니다.

CO₂와 분말과의 반응이 없어 열학적으로 안정되어 있고, 추출된 파라핀 왁스를 재사용이 가능합니다.

---