폴리에스테르 올리고머: 나프탈렌계 분산 염료가 염색 공장에 남기는 문제와 이를 해결하는 비용 효율적인 리그노설포네이트

나프탈렌(NNO)을 사용하는 분산염료 제조업체 중, 다음 사항에 대한 실험실 데이터를 보유한 업체의 경우 Jiefa ES-3 리그노설포네이트 나트륨 분산제와 나프탈렌계 분산제의 비교.

결론

• 올리고머는 염료가 아니라 폴리에스터에서 유래합니다. 섬유의 약 1~3 %가 올리고머이며, 대부분 고리형 삼량체입니다. 이는 130 °C에서 용액으로 방출된 후, 용액이 냉각되면서 결정으로 형성됩니다. 올리고머의 양은 섬유에 따라 결정됩니다.
• 하지만 용액 속의 올리고머도 마찬가지로 최고 온도에서 분산 염료 입자들이 서로 뭉치게 합니다.염료가 이 과정을 견뎌낼 수 있는지 여부는 염색 공장이 아니라 염료에 포함된 분산제에 의해 결정됩니다.
• 나프탈렌(NNO)은 110 °C 이하에서 열적 안정성을 보이며, 130 °C 분산성 시험(E/1)에서 불합격 판정을 받습니다. 최고 온도에 도달하면 올리고머가 도달하기도 전에 염료는 이미 보호되지 않은 상태가 됩니다. 나프탈렌 분산형 염료는 올리고머 관련 문제 전반을 염색 업체에 맡기게 됩니다.

Jiefa ES-3는 비용 효율적입니다 또한, 0.25 bar의 패키지 염색 압력과 잔류 등급 4–5 조건에서 폴리에스테르가 포함된 염색욕 내에서 130 °C까지 염료의 안정성을 유지하며, 이는 1.0 bar 이상 및 등급 1–2 조건에서 사용되는 나프탈렌계 분산제와 대비된다.

올리고머란 무엇이며, 어떤 역할을 하는가

폴리에스터에는 중합 과정에서 남은 1~3개의 짧은 중합체 사슬이 포함되어 있으며, 대부분은 고리형 삼량체입니다. 실온에서는 이들이 섬유 내부에 머무릅니다. 130 °C가 되면 중합체가 펼쳐지면서 올리고머가 섬유 표면으로 이동하고, 그중 일부는 용액 속으로 넘어갑니다. 이 올리고머는 물에 거의 녹지 않기 때문에 용액이 포화 상태가 되면 미세한 입자로 나타나며, 용액이 식으면서 결정으로 형성됩니다. 모든 폴리에스테르 로트는 염색욕에 고유한 올리고머를 유입시키며; 마이크로파이버, 양이온성 염색 가능 폴리에스터, 그리고 130°C에서 오랫동안 유지되는 고정력이 더 큰 효과를 선사합니다.

이 문제의 표면적인 부분은 모든 염색 공장에서 흔히 접하는 현상입니다. 원단과 원사에 묻은 흰색 분말은 짙은 색상에 하얀 서리처럼 흰 반점을 남기고 칙칙한 느낌을 주며, 촉감이 거칠어지게 만듭니다. 또한 용기 벽면, 노즐, 필터, 열교환기 등에 침전물이 쌓여 염색기 세척 빈도가 늘어나게 됩니다. 패키지 염색기, 날실 빔 염색기, 기류 염색기가 가장 큰 피해를 입는데, 이는 원사가 층을 이루고 염액 비율이 낮아 침전물이 집중되기 때문입니다.

이 글은 바로 그 보이지 않는 절반에 대해 다루고 있습니다. 뜨거운 용액 속의 올리고머 입자는 소수성을 띠며, 염료 입자가 이 입자들에 달라붙고, 입자들끼리도 서로 달라붙습니다. 올리고머는 염료 입자와 유리 타르를 끈적한 덩어리로 끌어모으고, 민감한 염료의 응집을 가속합니다. 그 결과 염료 품질 결함과 똑같아 보이는 염료 반점, 염료 얼룩, 타르 얼룩이 생깁니다. 염색 공장은 염료를 탓하고, 130 °C 여과 시험에서 문제가 없었던 염료 제조업체는 섬유를 탓합니다.

왜 표준 검사에서는 나타나지 않는가

130 °C 고온 분산성 시험(GB/T 5541)과 71 °C 시험(AATCC 146)은 섬유나 올리고머가 전혀 포함되지 않은 깨끗한 물에서 수행됩니다. 염료가 이 두 가지 시험을 모두 통과하더라도 폴리에스테르로 가득 찬 용액에서는 불합격 판정을 받을 수 있습니다. 올리고머 저항성은 섬유가 포함된 검사에서만 관찰될 수 있습니다. 가장 실용적인 방법은 차압을 기록하며 실험실에서 패키지 염색을 수행하는 것입니다. 천공 튜브에 채워진 폴리에스터는 130 °C에서 자체 올리고머를 방출하며, 염료가 응집되면 패키지 양쪽의 압력 차이가 증가합니다. 압력 곡선이 평탄하다면, 이는 분산제가 올리고머가 존재하는 상태에서도 염료를 안정적으로 유지했음을 의미합니다.

두 종류의 염료 제조업체, 서로 다른 두 가지 경험

고품질 리그노설포네이트를 사용하는 염료 제조업체들은 올리고머로 인한 얼룩 현상에 대해 거의 듣지 못합니다. 열 안정성이 높은 리그노설포네이트는 130°C에서 유지되는 동안 염료 입자에 붙어 있으며, 올리고머가 염색욕에 유입되는 동안에도 정전기적 및 입체적 안정화 작용을 유지하고, 올리고머 입자를 현탁 상태로 유지하여 더 많은 양이 배수 시 함께 배출되도록 합니다. 올리고머 제어는 분산제 자체에 포함되어 있습니다.

나프탈렌(NNO)을 사용하는 염료 제조업체는 대개 원인을 알아차리지 못한 채 이런 클레임을 늘 듣습니다. 나프탈렌(NNO)은 샌드밀링이 빠르고 오염이 적지만, 내열 안정성이 110 °C 미만이고 약 20 %의 염을 함유합니다. 당사 실험실에서 시판 제품 2개는 깨끗한 물에서 진행한 130 °C 시험에서 모두 심한 응집과 함께 E/1 등급을 받았습니다. 올리고머가 있으면 상황은 더 나빠질 뿐입니다. 그 후 염색 공장에서는 가능한 모든 조치를 취합니다. 120–130 °C에서 고온 배수 처리, pH 9–9.5 조건에서 알칼리 안정성 염료를 사용한 알칼리 염색, 고온 환원 세척 및 올리고머 분산 보조제를 활용합니다. 이 방법들은 모두 이미 빠져나온 올리고머를 제거할 뿐입니다. 130 °C에서 유지되는 동안 염료가 응집되는 것을 막을 수 있는 방법은 없습니다. 이는 염료 내부의 분산제에 의해 결정되기 때문입니다. 나프탈렌 사용자는 올리고머 문제를 피하지 못했습니다. 그 문제를 다른 곳으로 떠넘겼을 뿐입니다. 사리 원단과 같이 얇고 헐렁한 원단에서는 서리 자국이나 얼룩이 눈에 잘 띄지 않지만, 포장용 원단, 촘촘한 니트 원단, 짙은 색상 원단 및 수출용 주문품에서는 그렇지 않습니다.

ES-3: 나프탈렌을 직접 대체하는 리그노설포네이트

ES-3 — 천연 침엽수 리그닌으로 만들고 한외여과로 정제한 Jiefa ES 시리즈 리그노설포네이트 나트륨 분산제의 비용 효율적인 등급입니다. 나프탈렌(NNO)과 비슷한 투입량으로 사용하며, 동일한 샌드밀링 공정에 그대로 적용할 수 있습니다. 나프탈렌 사용자가 얻는 것은 130 °C에서 중요한 바로 그 특성입니다: 150 °C의 열안정성과 약 1 %의 염 함량을 갖는다. 올리고머가 염색조에 유입되면 분산제가 염료에 달라붙어 염료가 응집되지 않으며, 그 결과 올리고머의 상당량이 원단이나 기계에 남지 않고 배수구를 통해 배출됩니다.

참고: ES-3는 나프탈렌계 분산제보다 폴리에스테르를 약간 더 오염시킵니다. 네이비, 블랙 등 진한 색상에는 사실상 영향이 없습니다. 밝은 색상과 연한 색상은 해당 염료로 먼저 검증할 것을 권장하며, 전환 전에 고객사와 함께 진행할 수 있습니다.

실험실 분석 결과: ES-3 대 나프탈렌계 분산제

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.

염욕에 폴리에스테르를 넣은 패키지 염색: ES-3 대 나프탈렌계 분산제(MF)

케이크: 디스퍼즈 블루 79, 염소계; 케이크 대 분산제 비율 1:0.6; 두 분산제 모두 동일한 조건에서 D90 < 1 µm가 되도록 분쇄됨; 3.0 % owf 조건에서 실험실 패키지 염색을 수행하며, 전 과정에 걸쳐 차압을 기록함. 이 패키지 내의 폴리에스터는 염색 과정 중에 자체 올리고머를 방출하므로, 이는 실제 생산 염색욕에 가장 근접한 벤치 테스트입니다.

표 2. 염소계 Disperse Blue 79 프레스 케이크에서의 ES-3와 나프탈렌계 분산제(MF) 비교.

그림 1. 3.0 % 조건에서의 패키지 염색. 나프탈렌계 분산제를 사용했을 때는 100 °C에 도달하기 전에 압력이 1 bar를 넘어섰고, 염색된 패키지는 회색을 띠며 얼룩덜룩하게 나왔습니다. 반면 ES-3를 사용했을 때는 130 °C에서 유지되는 동안 압력이 일정하게 유지되었고, 패키지는 균일하게 염색되었습니다. 동일한 케이크, 동일한 분쇄, 동일한 기계를 사용했습니다.

자주 묻는 질문

올리고머는 폴리에스테르에서 유래합니다. 염료 분산제가 어떻게 도움이 될 수 있을까요? 이는 섬유에서 방출되는 올리고머의 양을 바꿀 수는 없습니다. 다만 염료가 그 주위에 응집되는지 여부를 결정할 뿐입니다. 섬유는 올리고머의 양을 결정하고, 분산제는 올리고머가 염료를 함께 끌고 가는지 여부를 결정합니다.

뜨거운 물로 헹구고 알칼리 염색하는 것만으로는 충분하지 않은가요? 이 과정은 이미 용액에서 빠져나온 올리고머를 제거합니다. 염료가 응집되는 130 °C 유지 단계에서는 아무런 조치도 취하지 않습니다. 이 두 가지 조치는 문제의 서로 다른 측면을 다루고 있습니다.

ES-3가 밝고 연한 색상에 영향을 미칠까요? ES-3는 나프탈렌계 분산제보다 폴리에스테르를 약간 더 오염시키지만, 네이비, 블랙 등 진한 색상에는 사실상 영향이 없습니다. 밝은 색상과 연한 색상은 먼저 해당 염료로 비교 시험을 진행할 것을 권장하며, 전환 전에 당사가 지원해 드릴 수 있습니다. 많은 제조업체가 일부 밝은 색상 배합에는 나프탈렌을 유지하고 나머지는 모두 ES-3로 전환합니다.

자신이 준비한 염료로 ES-3를 테스트해 보세요

섬유가 올리고머를 운반하고, 분산제가 그것이 불만 사항이 될지 여부를 결정합니다. 현재 나프탈렌(NNO)을 사용하여 제조하고 계신 프레스 케이크 샘플을 보내주시기 바랍니다. 당사에서 귀사가 제공한 분산제와 함께 ES-3를 사용하여 분쇄한 후, 130°C 및 포장 염색 테스트를 실시하고, 귀사가 지정한 색상에 대한 염색 상태를 확인한 뒤, 결과를 나란히 비교하여 보내드리겠습니다.

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