선염의 개요 1. 선염이란

선염이란 직.편물 상태로 된 후 정련, 표백, 염색 등을 하는 것이 아니라 원면염색, top 염색, tow 염색, 실 염색 등 원면, 방적, 직포, 편직의 원단 제조 도중에 염색하는 것을 말한다. 선염을 하면 생산성이 떨어지고, 생산원가가 높아지며, 제직, 제편에 사용되고 남은 선염물의 처리 등 합리성에 역행하는 많은 문제점이 있음에도 불구하고 고급화, 차별화, 패션면 등의 우월성이 있어 선염품이 크게 성장함에 따라 이들의 문제점에 대하여 많은 노력을 기울임으로써 상당히 해결되어 가고 있는 추세이다. 즉 선염설비 및 선염공정은 대폭적으로 생산성을 향상시켰고 또 합리적인 생산계열의 팀도 형성하게 되었다. 일반적으로 선염은 설비 및 공정면에서 정련, 표백 등의 염색 전처리와 염색을 같은 기계에서 1단 또는 2단법으로 부터 염색 및 oiling까지를 하게 된다. 염색 전처리를 하기 위하여 염색기계에 피염물을 충진시키면 염색공정이 끝날때까지 변형시키기 어려운데 염색 전처리의 중요성에 비추어 여기서는 선염의 고유설비 및 공정을 중심으로 살펴보고자 한다.

2. 선염 공정

선염은 원면(staple fiber), tow, top, 실 상태 등 각각의 형태에 따라 조작은 다르나 염색 전처리 및 염색의 원리는 같으므로 그 기본공정은 다음과 같다.

표 1. 기본적인 선염 공정

 

이들의 공정을 수행하기 위한 피염물의 형태에 따른 선염용 염색 기계를 분류하면 표 2와 같다. 염색 전처리 및 염색 단계로서의 방식은 표 2에 보는 바와 같이 회전백(回轉 back), 분사식 염색기와 패키지 염색기로 크게 나눌 수 있다. 전자는 타래를 자유로운 상태로 하여 처리하는 데 비하여, 후자는 피염물을 고정시켜 놓고 염액을 순환시키면서 처리하는 방식으로 이 양자 사이에는 품질, 생산성 등의 면에서 큰 차이가 있으므로 소재나 목적에 따라 구분하여 사용하는 것이 일반적이다. 예로서 타래실의 경우 양자를 비교하면 표 3과 같다. 특히 사염의 경우 감은 상태의 패키지 염색(치즈 염색)은 생산성 및 품질면에서 우수하여 염색에 중요한 위치를 차지하고 있다.

표 2. 선염용 염색기계의 분류

표 2. 선염용 염색기계의 분류

피염물 형태		염색 형태	염색기	적용섬유
staple fiber		원 면	패키지 염색기	섬유 전반
tow, top		tow, top	패키지 염색기	tow : 합성섬유, top:천연섬유
실	reeling	타래실	패키지 염색기	면사, 양모사, 혼방사, 합섬가공사
			회전백 염색기	양모사, 혼방사, 아크릴벌키사
			분사식 염색기	가공사를 제외한 섬유전반
	소프트 와인딩	치즈	패키지 염색기	섬유전반
	로켓트 와인딩	muff	패키지 염색기	양모사, 아크릴벌키사, 합섬가공사
	빔 워퍼	beam	패키지 염색기	면사, 양모사, 혼방사

표 3. 염색기계별 타래실의 특성 비교

표 3. 염색기계별 타래실의 특성 비교

염색기계별 특성	회전백 염색기	분사식 염색기	패키지 염색기
촉 감	◎	○	×
잔털발생	×	○	○
타래호 터짐	×	△	○
욕 비	1 : 50∼70	1 : 20∼30	1 : 10∼15
적응소재	아크릴벌키사	면 사	면 사
실 예	양 모	필라멘트사	필라멘트사

3. 형태별 염색 전처리법(염색법)과 염색설비 (1) 원면염색

솜 상태로 염색 전처리 및 염색하는 방법으로 방모직물, 모포, carpet용의 양모, 합성섬유의 staple fiber, cation화용 목면, 회수 양모 및 탄화 양모 등을 솜 상태로 충진시키고 염액을 순환시켜 염색 전처리 및 염색하는 over maire형 패키지 염색기가 일반적으로 사용되고 있다.
원면상태로 처리하게 되므로 실의 경우와는 달리 형태가 불안정하여 특히 형태의 흐트러짐과 몰림이 발생하기 쉬워 다음의 방적공정 등에서 문제를 발생하므로 유의해야 한다. 패키지 염색기는 그 안에 casing 또는 carrier의 유무에 따라서 casingless형과 casing형으로 구분되고 있다. casingless형 염색기는 염액의 자연흐름에 의하여 섬유에 무리한 압력을 주지않고 적당한 염색 전처리나 염색을 할 수 있으나 충진밀도가 적어 생산성이 낮고 섬유가 몰리는 현상이 있어 그다지 사용되지 않고 있다.

그림 1. casingless형 염색기 / 그림 2. casing형 염색기

 

casing형 염색기는 원면을 캐리어에 물이나 온수를 뿌려가면서 발로 밟아서 충진시키든가 또는 standping기로 눌러가면서 충진시킨 후 이것에 염액을 분사 또는 흡인시켜 염색한다. 이 염색기는 충진밀도가 높으므로 염색성은 좋으나 강력한 pump를 필요로 하며 충진밀도와 충진의 균일성에 특히 유의해야 한다.

표 4. 각종 피염물의 충진밀도

표 4. 각종 피염물의 충진밀도

염색기	피염물	밀도(g/㎤)	염색기	피염물	밀도(g/㎤)
도나스형	면사 staple fiber	0.18∼0.3 0.22∼0.33	cheese	면사 인견사 양모 P/C(65/35)	0.27∼0.33 0.47 0.3∼0.35 0.3∼0.33
loose carrier	양모 면 rayon polyester acryl	0.2 0.4 0.3 0.2 0.25	beam	taffeta jersey tricot	0.4 0.2 0.3

폴리에스터, 아크릴 등의 합성섬유의 경우에는 염액순환의 유량이 너무 많으면 crimp가 늘어나 촉감을 나쁘게 하므로 주의해야 한다. 또 염액이 흐르는 방향은 정련, 염색중 형태이 흐트러짐 방지는 물론 특히 양모의 경우 felt화에 의한 가방성의 저하를 피하기 위하여 분사를 한방향으로 하여야 한다.

원모 염색시 주의사항을 살펴보면 다음과 같다.
① 원모를 균일하게 충진할 것
② 염색할 때에는 전처리 후의 pH를 확인하고 조절할 것
③ 방모품은 일반적으로 축충(縮充)되므로 염색시에는 내축충성염료를 사용
④ 재염은 피염물을 상하게 하든가 또는 롯트간의 색차를 일으키므로 가급적 피할 것

각종 섬유의 선염 방법 1. Tow 염색

top염색은 방적공정 도중에서의 sliver 상태의 것을 염색 전처리 또는 염색하는 것을 말한다. top 염색은 일반적으로 양모염색의 경우 사용되며, 중공상태로 감은 톱을 캐리어에 충진시켜 염색하는 패키지 염색법과 연속식 염색법이 있다.

(1) 패키지 염색법

패키지 염색법의 염색공정은 다음과 같다.

 

톱(토우) 염색은 멜란지용 실의 제조에 많이 이용되며, 염색 처리 후 gilling이나 combing 공정을 거침으로서 일반실과 같이 방적할 수가 있다. 패키지 염색에는 over maire형 염색기가 이용되며 이에는 상압과 고압식이 있다. 고압식은 주로 톱염색에 이용되며 비등시의 cavitation에 의한 염액순환의 유량 저하는 일어나지 않는다. 염색용 캐리어는 tow의 경우에는 원모 염색용과 같은 것이 사용되나 top의 경우에는 일반적으로 도너스형 캐리어가 사용된다. 캐리어에의 충진밀도는 양모 토우의 경우 0.3∼0.35g/㎤, 양모 톱의 경우는 0.2g/㎤ 정도이다. 톱염색은 일반적으로 욕비가 적어 1:7 정도이므로 염료의 흡진률을 높일 수 있으나 완전한 균염을 기대할 수가 없으며, 특히 농염색의 염료의 용해상태에 유의해야 한다.

톱(토우)의 경우 패키지 염색상의 주의사항을 보면 다음과 같다.
① 염색 중에 양모가 felt화 되지 않도록 염액순환의 유량을 크게 하지 않으면서 한 방향으로 할 것
② skittery염색이나 tippy염색이 되지 않도록 균염제를 사용할 것
③ 톱(토우)의 공정까지의 경과를 잘 파악하여 같은 lot까지 처리할 것

(2) 연속식 염색법

연속식 염색법의 염색공정은 다음과 같다.

 

연속식 염색기의 예는 그림 3과 같다.

그림 3. 양모 톱 연속 염색장치

 

연속염색은 그림 3에 보는 바와 같이 creel에서 송출된 sliver를 고무경도 55∼60도 되는 padder에 의하여 pick up 80∼100%로 염색 전처리액이나 염색용액을 padding하여 steamer에서 30∼60분간 처리한 후 수세, 건조, oiling한다. 연속염색은 저욕비 염색(욕비 1:1)으로서 조제나 염료의 흡진률이 높고, 염료의 염착속도가 다른 배합염색이 가능하며, 패키지 염색법보다 처리시간이 짧아 양모의 손상이 적고, 품질, 촉감이 우수하다.

톱(토우)의 연속 염색시 주의사항을 살펴보면 다음과 같다.
① frost(멜란지 상태) 염색이 일어나지 않게 coacervation(친수성의 계에 친유성의 액방울을 분산하는 것)제의 선택과 사용량에 대하여 주의할 것
② sliver sheet의 양측은 pick up이 높아 짙게 염색되기 쉬우므로 균일하게 pad 되도록 padder의 고무경도와 압착압력을 조절할 것

2. 사(絲) 염색

사염은 타래실, 치이즈, muff 및 정경사 등의 상태로 전처리 및 염색을 한다. 사염은 포염에 비하여 색무늬를 다채롭게 만들 수가 있고, 원면염색이나 톱염색에 비하여 완제품을 만드는 기간이 짧으므로 수주생산의 다품종 소량생산화의 요청에 적합하며, 고부가가치 상품을 얻는 방법으로 최근 많이 사용되고 있다. 그러나 결점으로는 제직시 잔사가 많아지며 제품을 완성시키는 기간이 많이 걸리고 또 가공면으로 보아 실 상태와 직물상태로 2번 처리해야 하므로 가공단가가 높아진다.

(1) 타래실 염색법

타래실 염색의 기본 공정은 다음과 같다.

 

이 때의 예비처리라는 것은 아크릴벌키사와 같이 얼레감기를 한 다음 steaming 또는 열수에 의하여 bulky성을 내는 예비공정을 말한다. 타래실 염색기에는 염액정지형, 염액순환형, 타래실회전 염액순환형 및 패키지형으로 구분된다.

1) 염액 정지형

이 형은 염욕 중에 타래실을 건 막대를 걸고 가끔 타래실을 이동시키면서 염색하는 것으로 가장 간단한 방식이며, 소량 다품종 생산에 이용되고 잇다.

2) 염액순환형(회전백식)

그림 4와 같은 회전백식 타래실 염색기가 많이 이용되고 있다. 이 방법은 면사, 양모사의 타래염색에 사용되어 왔으나, 최근에는 촉감을 중요시하는 아크릴벌키사나 양모사의 염색에 사용되고 있다.

그림4. 상압 회전백식 염색기

 

이 염색기는 그림 4에서 보는 바와 같이 타래실을 상하의 막대에 걸어 염액 중에 침지하고 구멍 뚫린 관을 통하여 위→아래, 아래→위로 바꾸어 가면서 흐르게 순환시켜 염반이나 막대에 단 부분의 염반을 방지하면서 염색한다. 염액유량은 일반적으로 피염물 1㎏당 30∼50ℓ/분으로 조절한다.

3) 타래실회전 염액순환형(분사식)

이 같은 염색기는 그림 5와 같은 분사식 염색기가 있다. 이 방법은 화학섬유 필라멘트의 타래실 염색에 널리 이용되고 있으며, 다품종 소량생산에 적합하나 염액흐름과 염액을 함유한 실의 자중(自重) 때문에 스트레치가 늘어나는 하이벌키사 등에는 적당하지 않다. 이 염색기는 그림 5에 보듯이 분사구멍을 가진 분사관에 타래를 균일하게 걸고 이것에 염액을 분사하여 타래를 통하여 염액을 흘러내려 순환시키는 것으로 일정시간마다 분사를 중지하고 분사관을 돌리므로서 타래의 위치를 회전시키게끔 되어 있다. 회전백식 염색기에 비해 타래의 흐트러짐은 적으나 염액의 흐름과 실의 자중으로 실에 장력이 걸리는 결점이 있다.

그림 5. 분사식 염색기

 

4) 패키지형

패키지형으로서는 도너스형 캐리어를 이용한 염색기가 있으며, 도너스형 캐리어에 타래실을 균일하게 충진하여 염액의 순환에 의하여 염색이 이루어진다. 특수한 경우를 제외하고는 치즈 상태의 패키지형으로 염색한다.

(2) 치즈 염색법

치즈상태의 염색은 주로 패키지 염색법으로 한다. 이 방법은 실을 다공성(多孔性) tube에 corn이나 치즈상태로 비교적 딱딱하게 감아 사층속으로 염액을 순환시켜 염색한다. 상압치즈 염색기의 예는 그림 6과 같다.

그림 6. 치즈염색기의 예 / 그림 7. 치즈 염색용 캐리어

 

치즈 염색법의 장점과 단점을 살펴보면 다음과 같다.

① 생산성이 높다.
② 경제성이 우수하다.
③ 품질이 양호하다.
④ 균염성 및 견뢰도에 문제가 발생하기 쉽다.
치즈의 수평단면을 보면 그림 8, 그림 9와 같이 염액의 흐름이 상사상(放射狀)으로 되어 있으므로 치즈의 내외층에의 염료의 균일 배분이 어려워 내외층 사이에서 색상차이가 발생하기 쉽다. ⑤ 치즈 권취에 조정이 필요하다.
치즈의 권취밀도가 적정치 못하면 염반, 형태 무너짐, 촉감 불량 등의 문제를 발생시키므로 이의 조정이 필요하다.

그림 8. 치즈의 수평방향 단면도 / 그림 9. 치즈의 데드부분

 

1) 치즈 염색의 공정 ① 치즈 권취

 

염색용 치즈의 귄취는 염색사의 균질성을 좌우하는 중요한 요인이며, 권취밀도에 따른 영향은 표 5와 같다.

표 5. 권취밀도의 영향

표 5. 권취밀도의 영향

권취밀도	유량	형태 무너짐	실의 촉감	균염성
얕음	많음	많음	양호	양호
높음	적음	적음	불량	불량

② 정련 및 염색

치즈 염색에 있어서 가장 중요한 것은 균염을 얻는 것이며, 이 균염을 얻기 위한 요소를 살펴보면 다음과 같다.
- 염료의 분산성, 확산성이 좋아야 한다.
- 초기 염착속도가 적을수록 좋다.
- 염액의 유량이 클수록 좋다.
- 치즈의 사층이 적을수록 좋다.
- 염색시간이 길수록 좋다.

(3) 탈수, 건조

정련, 표백 또는 염색이 끝난 치즈는 탈수, 건조공정을 거치며, 건조 방법에는 고압치즈 건조기와 고주파 건조기가 있다.

1) 고압치즈 건조기

고압건조기는 공기의 밀도가 크게 되면 이것에 비례하여 열에너지도 크게 되는 성질을 이용한 것으로 5∼6기압 정도의 열풍을 치즈에 통과시켜 치즈에 함유된 수분을 콘덴서로 제거하고 다시 열풍을 치즈에 통과시키는 과정을 반복하여 치즈를 건조시키는 장치이다.

2) 고주파 건조기

고주파 가열을 통한 섬유(치즈나 타래)의 건조 특징을 살펴보면 다음과 같다.
- 유전체 내부의 각 부분이 동일하게 발열되어 가열이 균일하게 일어나 균일하게 건조 되며, 촉감이 우수하다.
- 열전도율이 적은 물질을 외부에서 가열하였을 때 내부로 열이 전달되기 어려워 외부가 탈 정도로 열을 가하더라도 내부는 그다지 고온으로 되지 않으나 고주파 가열의 경우는 균일하게 가열된다.
- 온도 상승이 단시간에 일어나므로 건조시간이 단축되어 생산성이 높다.
- 외부의 온도, 습도의 영향을 받지 않으므로 일정한 수분률을 얻을 수 있으며, 또 수분률을 조정할 수가 있다.
- 작업환경이 좋다

(4) 케이크 로켓(cake rocket) 염색법

케이크 로켓을 로켓 머프(rocket muff) 또는 머프(muff)라고도 하며, 종래의 로켓 와인더 (rocket winder)를 개조하여 합성섬유 가공사에 적합하게 저신장화, 대량화(직경 10∼30㎝)할 수 있도록 한 유연한 케이크 상태로 권취한 고권축사의 실을 말하며, 패키지 염색기에서는 다공(多孔) 케이스에 넣거나 다공 스핀들에 꽂아서 염색한다. 케이크 로켓 염색사는 타래 염색사에 가까운 권축도를 지니고 있어 벌키성이 크고, 볼륨감의 스트레치성이 우수한 장점이 있는 반면에 치즈 염색사에 비하여 권축도의 변동이 일어나기 쉬우며, 또한 해사성 불량에 의한 잔털 루우프나 불균일한 장력에 의한 광택반점이 발생하기 쉽다. 로켓 와인더로 권취된 케이크는 취급 도중에 형태의 흐트러짐이나 엉킴을 방지하기 위하여, 면 또는 폴리프로필렌 등의 메리야스 망으로 씌운다. 귄취된 케이크 로켓은 주로 사염에 사용되며 1개당 중량은 0.5∼1.5㎏ 정도이다. 망으로 케이크 로켓을 씌웠다 하더라도 작업중에 케이크가 흐트러지던가 염반의 발생을 예방하기 위하여 사전에 열처리(set)를 한다.

열처리 방법은 열액 세트법과 스팀 세트법이 있다. 열액 세트법은 망으로 싼 케이크 로켓을 패키지 염색기에 넣고 90℃에서 20분간 처리하며, 스팀 세트법은 진공 스티머로 100℃에서 20분 처리한다. 세트가 완료된 케이크 로켓을 망으로 싸서 로켓의 내경이 맞는 스핀들에 끼워 캐리어어 넣어 처리한다. 로켓의 충진밀도는 0.15g/㎤ 전후가 좋으며, 유량은 40∼60ℓ/분, 액류의 방향은 내측→외측으로의 한 방향으로 하는 것이 좋다.

(5) warp beam 염색법

warp beam 염색법은 선표백 직물, 선염직물, indigo denim 등과 같이 경사를 같은 색상으로 표백 또는 염색할 경우에 이용되는 방법이다. 이 방법은 먼저 경사를 캐리어에 soft beaming하여 beaming한 상태로 패키지 염색기에 넣어 염색한 후 slasher sizing을 하고 건조하여 제직준비한다. 따라서 타래실 또는 치즈로 표백, 염색을 한 다음 slasher sizing할 때까지의 여러 공정을 거쳐야 할 때와는 달리 많은 공정을 생략할 수가 있는 장점이 있다. warp beam 염색법은 이와 같이 많은 공정을 생략할 수가 있으므로 절사, 실 흐트러짐, 감량 등 품질면으로 좋아질 뿐만 아니라 취급면으로도 대단히 간편하다. 이에 적용되는 소재는 주로 면, 폴리에스터 혼방품이다.

warp beam 염색법의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
① 권취밀도의 균일성이 가장 중요하다. warp beam의 권취밀도는 일반적으로 0.4∼0.5g/㎤가 적용되나, 만일 이보다 밀도가 적을 때에는 실이 흐트러지므로 warp sizing할 때 지장을 초래하며, 많을 때는 염반을 일으킨다.
② 패키지 염색기내의 염액 순환방향은 내측→외측, 외측→내측의 교대방식이 좋다.
③ 염색후의 탈수는 원심탈수, 진공탈수 등의 방법에 의하나 이들은 모두 비임(beam)용으로 설계된 것을 사용한다.
④ warp beam은 탈수후 건조하지 않고 직접 사이징을 하게 되므로(wet on wet) 사이징 호액의 균일성에 유의해야 한다.