분산 염료 속의 타르: 패키지 염색 시 염료 반점이 나타나는 이유와 적절한 분산제가 이를 제어하는 방법

분산염료 제조업체의 경우, 다음을 비교한 실험실 데이터를 바탕으로 Jiefa ES 시리즈 리그노설포네이트 나트륨 분산제와 나프탈렌(NNO), MF, REAX 85A 비교.

타르란 무엇이며, 어떤 역할을 하는가

디아조화, 커플링, 축합 및 후처리 과정에서는 모두 목표 염료 외에도 반응하지 않은 중간체, 이성질체, 수지상 축합 생성물 및 산화 생성물과 같은 부산물이 생성된다. 염료 화학자들은 이 혼합물을 ‘타르’라고 부릅니다. 이 물질은 소수성이며 무정형이고 끈적거리는 성질을 띠며, 압착 케이크 내 염료 결정의 표면에 부착되어 있습니다. 케이크 한 개당 얼마나 많은 양이 함유되는지는 염료와 합성 경로(염소계 디스퍼즈 블루 79는 잘 알려진 고함량 운반체입니다), 중간체 및 배치에 따라 달라집니다. 수세만으로는 소수성 수지를 제거할 수 없으며, 재결정화는 일반 염료의 경우 비용이 너무 많이 들기 때문에 타르는 바로 분쇄, 분무 건조 및 염색욕으로 투입됩니다.

염색 공장에서는 이로 인해 분쇄 시간이 길어지고 예측하기 어려워지며, 슬러리 표면에 타르가 떠다니고, 분무 건조탑 내벽에 침전물이 쌓이며, 출하 검사에서는 합격했으나 고온 저장 후 입자가 굵어지거나 점도가 높아지거나 분리되는 현상이 발생합니다.

염색장에서 염욕의 온도가 130 °C로 올라가면, 타르가 염료 입자에서 분리되어 자유 유분으로 나타납니다. 이 액적들은 접착제 역할을 하여 염료 입자와 폴리에스터 올리고머를 끈적거리는 덩어리로 모으는데, 이 덩어리는 직물 표면에 염료 반점이나 얼룩으로, 또는 원사 패키지 내부에 타르 얼룩이나 내부와 외부의 색상 차이로 침전되며, 환원 세척을 해도 거의 제거되지 않습니다. 패키지 염색과 날실 염색이 가장 큰 타격을 입었으며, 이는 낮은 액비에서 감긴 원사가 심층 필터 역할을 하기 때문입니다. 진한 색상, 민감한 염료, 극세사, 폴리에스테르–스판덱스 스트레치 원단에서는 위험이 더욱 커집니다.

염색 공장에서 발견하기 전에 타르를 어떻게 파악할 수 있을까

71 °C에서의 분산성 (AATCC 146). 타르 함량이 매우 높은 케이크는 이 단계에서 이미 실패하며, 용액이 따뜻해지면서 여과지에 잔류물이 남습니다. 많은 염료 입자는 130 °C가 아니라 약 70 °C에서 생성됩니다.

130 °C에서의 고온 분산성 (GB/T 5541). 이곳에는 적당한 양의 타르가 잔류물로 나타나는데, 대개는 개별 입자 형태라기보다는 어두운 얼룩 모양의 고리 형태로 나타납니다.

압력 기록 기능을 갖춘 실험실용 패키지 염색. 가장 민감하고 가장 현실적인 시험 방법: 천공 튜브에 채워진 폴리에스터 섬유를 2.5–3 % 조건에서 염색하며, 염색액을 튜브를 통해 순환시키는 동시에 차압을 기록한다. 두 가지 여과지 시험을 모두 통과한 여과 케이크라도 압력을 1 bar 이상으로 끌어올릴 수 있다.

많은 시장에서 문제가 되는 점은 이러한 검사로 타르가 검출되지 않는다는 사실이 아니라, 아예 검사를 실시하지 않는다는 점입니다. 완성된 염료가 색상 농도와 입자 크기만으로 평가될 때, 타르는 염료 공장에서 아무도 눈치채지 못한 채 빠져나간다.

나프탈렌(NNO)이 효과가 있는 것처럼 보이는 이유와 그 이면에 숨겨진 사실

분산제의 대표적인 역할은 염료 결정의 정전기적 및 입체적 안정화를 도모하는 것입니다. 타르는 결정이 아닙니다. 이를 유지하려면 두 번째 기능이 필요합니다. 바로 타르를 130°C에서도 형태가 유지되는 분산제 미셀로 용해 및 유화시키는 기능인데, 이를 위해서는 적절한 소수성 대 친수성 균형, HTHP 염색 과정을 견딜 수 있는 열 안정성, 그리고 낮은 염분 농도가 필요합니다.

나프탈렌 설포네이트-포름알데히드 축합물인 나프탈렌(NNO)은 많은 시장에서 표준 분산제로 쓰이며, 이를 사용하는 제조업체들은 대체로 만족합니다. 샌드밀링이 빠르고, 색이 옅으며, 폴리에스테르 오염이 매우 적기 때문입니다. 만족감은 측정되지 않는 것에서 비롯된다. 나프탈렌(NNO)은 110 °C 미만의 열안정성을 가지며, 주로 황산나트륨으로 구성된 약 20 %의 총 염분을 함유하고 있습니다. 이 물질의 작고 경직된 분자는 입체 보호 효과가 거의 없고, 타르를 용해시키는 능력도 미미하며, HTHP 염색 온도에서 탈착됩니다. 우리 연구실에서 테스트한 두 가지 상용 시료는 모두 130°C 시험에서 심한 응집 현상을 보이며 E/1 등급을 받았는데, 이는 HTHP 염색에 있어 불합격 결과입니다. 많은 제조업체들이 이 시험을 한 번도 수행한 적이 없습니다.

폴리에스터의 상당 부분이 사리 원단과 같은 헐렁하고 가벼운 직물로 염색된 경우, 빽빽한 니트나 실 타래에 비해 얼룩이나 타르 자국이 훨씬 덜 눈에 띕니다. 원단이 색이 번지는 것을 잘 감싸주기 때문에 염색이 잘 됩니다. 동일한 염료가 포장 염색, 날실 염색, 밀도가 높은 원단의 짙은 색상 염색 또는 수출 주문에 사용되자마자 얼룩이 나타나며, 이로 인한 비용은 염색 공장이 부담하게 됩니다. 이 염료 제조사는 타르 문제를 해결하지 못한 채, 그 문제를 하류 단계로 떠넘겼습니다. 메틸나프탈렌 유사체인 MF와 REAX 85A 같은 범용 리그노설포네이트는 내열 안정성과 내염성이 더 낫지만, 패키지 염색 조건에서는 이들 역시 타르를 방출합니다.

표 1. 동일한 시험 규격(HG/T 3507, HG/T 3399, GB/T 5541-2017)에 따라 Jiefa 응용 실험실에서 측정된 일반 지표; 분산성은 시험 시리즈에 따라 여과 시간 또는 AATCC 146 등급 및 잔류물 등급으로 보고된다. 나프탈렌 계열 제품은 얼룩이 덜 생기며, 타르 함유 염료의 HTHP 염색을 뒷받침하는 다른 지표는 없다.

ES 시리즈 나트륨 리그노설포네이트 분산제가 타르를 어떻게 제어하는가

ES 시리즈는 천연 침엽수 리그닌을 원료로 하여 초여과 과정을 통해 정제된 나트륨 리그노설포네이트입니다. 이 제품의 술폰화도, 분자량 분포 및 소수성 대 친수성 비율은 분산제가 염료 결정에 흡착되는 동시에 타르를 용해 및 유화시키는 미셀을 형성하도록 설정되어 있습니다. 유리 타르가 분리되지 않고 미셀에 감싸인 채 안정적으로 분산됩니다. 150–160 °C의 내열 안정성 덕분에 고온고압 염색, 분무 건조, 고온의 컨테이너 운송 중에도 이러한 보호 기능이 유지됩니다.

나프탈렌(NNO)을 취급하는 제조사의 경우, 이 전환은 품질을 한 단계 높이는 동시에 비용 효율적인 선택입니다: ES 시리즈는 동일한 샌드밀링 공정에서 비슷한 투입량으로 나프탈렌(NNO)을 대체하며, 130 °C 시험과 패키지 염색 시험에서 완제품 염료의 결과를 불합격에서 합격으로 바꿉니다. ES-7 이 등급은 타르 함량이 높은 케이크 및 패키지 염색에 최적화되어 있으며, 아래 데이터는 이 등급을 사용하여 생성되었습니다.

타르 함유 압착 케이크에 대한 실험실 분석 결과

케이크: 타르를 함유한 고세탁견뢰도 블루 프레스 케이크, 케이크 대 분산제 1:0.5, 두 분산제 모두 동일 조건에서 D90 < 1 µm까지 샌드밀링, 2.5 % owf로 실험실 패키지 염색을 실시하며 전 과정의 차압을 기록.

표 2. 타르를 함유한 고세탁견뢰도 블루 프레스 케이크에서의 ES-7과 REAX 85A 비교.

그림 1. 2.5 % 패키지 염색. 두 제품 모두 동일한 입도에 도달했으며, 차이는 패키지 염색 조건에서만 나타났습니다. REAX 85A는 약 100 °C부터 압력이 상승하고 내층이 어둡고 기름진 상태로 나왔으며, ES-7은 압력 곡선이 평탄하게 유지되고 패키지가 균일하게 염색되었습니다.

70 °C에서의 보관 안정성 (AATCC 146)

디스퍼즈 블루 79, 250 % 농도, 케이크 대 분산제 비율 1:0.55; 분쇄된 슬러리는 70 °C에서 보관되었으며, 이는 대략 여름철 선적 컨테이너 내부의 온도와 비슷하다.

표 3. 250 % 디스퍼즈 블루 79 슬러리의 고온 저장 중 AATCC 146 시험 결과.

그림 2. AATCC 146 여과지: 신품 상태와 70 °C에서 144시간 경과 후의 모습.

자주 묻는 질문

제가 사용하는 나프탈렌(NNO) 염료에 대해서는 불만이 전혀 없습니다. 굳이 바꿀 이유가 있을까요? 왜냐하면 불만이 없는 것은 대개 고객이 염색하는 원단의 특성 때문이지, 염료의 품질 때문은 아닙니다. 완성된 염색물에 대해 130°C 시험과 패키지 염색 시험을 실시하십시오. 만약 시험에 불합격할 경우, 패키지, 빔, 고밀도 직물 공정으로 넘어가거나 수출 검사를 받는 모든 고객사가 여러분보다 먼저 문제를 발견하게 될 것입니다.

나프탈렌(NNO)은 여전히 어디에 활용될 수 있을까요? 옅은 색상 및 패드 염색용 혼합 성분으로 사용되며, 이때 낮은 발색도와 낮은 착색력이 장점입니다. 타르 함유 염료의 HTHP 염색용 주 분산제로 사용될 경우, 열 안정성, 130 °C에서의 분산성 및 염분 함량 측면에서 한계가 있습니다.

어떤 리그노설포네이트 나트륨이든 상관없나요? 아닙니다. 리그닌 원료, 정제, 술폰화, 분자량 분포가 리그노설포네이트가 130 °C에서 타르를 붙잡아 둘 수 있는지를 결정합니다. 같은 고타르 케이크에서도 일상 지표가 비슷해 보이는 당사 등급들조차 서로 다르게 거동합니다. ES-7은 고타르 케이크와 패키지 염색용으로 설계되었고, ES-3는 나프탈렌계 분산제를 대체하면서 타르와 올리고머도 분산시키는 비용 효율적인 등급입니다. ES-3는 나프탈렌계 분산제보다 폴리에스테르를 약간 더 오염시키므로, 밝은 색상과 연한 색상은 먼저 검증해야 합니다. 제품이 포장된 상태 그대로 직접 케이크를 테스트해 보고, 그 결과에 따라 등급을 결정하십시오.

자사의 프레스 케이크를 사용하여 ES 시리즈를 테스트해 보세요

타르는 합성 과정에서 생성되며, 이것이 불만 사항이 될지 여부는 분산제에 따라 결정됩니다. 표준화하기 가장 어려운 케이크 원료나 현재 사용 중인 나프탈렌(NNO) 마감 염료를 당사로 보내주십시오. 당사는 해당 원료를 71°C, 130°C, 패키지 염색 및 70°C 보관 테스트에서 해당 ES 등급과 비교하여 테스트한 후, 두 제품을 나란히 비교한 보고서를 보내드리겠습니다. 문의처: info@jflignin.com · WhatsApp +86 130 6553 5658

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