CN102149867A - 用浓缩的染料系统对纺织品进行多步染色的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用一种染料对片状纺织品材料进行染色的方法，该方法包括将一种浓缩的染料系统以基于该纺织品材料按重量计1％到25％的总量在两个或更多子步骤中应用至该纺织品材料并且将该染料在每一个子步骤之后固着在该纺织品材料上。

Description

用浓缩的染料系统对纺织品进行多步染色的方法

(一)技术领域

本发明涉及纺织品材料染色的技术领域。

(二)背景技术

由纺织行业导致的冲击中一大部分是归因于当今的染整工艺，它们消耗大量的水和纺织品助剂。相对于将环境冲击的最小化而言，可以希望实现的所有对已有方法的继续优化似乎最乐观地也只是边际性的改进。

在这一背景下用靛蓝对牛仔布物品染色是特别有意义的，因为这个领域通常采用大规模的工业染色系列，它具有很大的容量并且因此也有很大的需水量以及废水冲击。

现有技术涉及一种连续浸染方法，以将拼凑形成(经纱线)线的片(如编织中所需的)或者形成绳状物的(在一个绳状物中组合了300到400条经纱线)单个的线进行染色。在这种连续浸染方法中，引导该基质连续地通过染浴(此后称为染液)并且在达到浓度平衡之前，再次与染液分离。在这次分离后，已经进入经纱线上的染料被氧化，以将其转化成其不可溶的形式并且由此固定在基质上。在该染色方法的进一步的过程中，将经纱线再次引入该染液并且再一次开始浸染过程。已经在经纱线上存在的被氧化的染料并不参与此次重新进行的染色操作，并且因此又一“层”的还原态的染料可以从该染液浸染到经纱线上的第一层氧化态的染料之上。这样逐层地积累，最终使之可能在经纱线上实现一个高的染料浓度。

这些方法对于经纱线是在开幅染色机中进行并且对于线的绳状物是在绳状物染色机中进行，这些机器需要5000到7000升的染液体积，并且在热能、电 和处理用化学品方面具有相当可观的要求。

此外，已有的用靛蓝对牛仔布染色的方法所实现的低坚牢度水平对于工业和消费者都是一个令人厌烦的问题，特别是在与干燥和潮湿摩擦坚牢度有关时。

最后，所提到的方法在技术上的高要求在于：必须要以巨大的成本来捕获和监控多个交互地相互影响的参数并且在所需要的测量和控制技术方面是不便的。

相应地，对用于将纺织品材料染色的染色方法存在一种需要，这种方法要求显著更少的水和能量、是技术上更容易操作的并且仍然提供更高质量的染色品。

(三)发明内容

本发明提供了一种方法，该方法导致了在水和能量需求上的显著降低并且该方法产生更少的纺织品废料。这使得它显著地比已有方法更加环境友好并且更经济。更甚者，本发明的方法导致在坚牢度(特别是摩擦坚牢度)上的显著增加。

本发明涉及一种使用一种染料对片状纺织品材料进行染色的方法，该方法包括将一种浓缩的染料系统以基于该纺织品材料按重量计1％到25％的总量在两个或更多子步骤中应用至该纺织品材料，并且将该染料在每一个子步骤之后都固定在该纺织品材料上。

为了本发明的目的，片状纺织品材料具体地说是：天然材料如棉、毛料、亚麻、大麻、剑麻、木丝绵，但是还有多种材料，如再生纤维素、溶纺纤维素纤维和聚乳酸酯，并且还有合成来源的材料，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯和聚氨酯，或者另外它们的混合物。

这些材料可以按以下形式存在：纤维(衬料(wadding)、纤维片(webs))、 粗纱(飞纱、纱条)、纱线(单纱、线、股线)、编织物(成形环编、拉伸环编、经编)、机织品(平织、转织(twirl)或缎子/棉锻)、纬纱绒(灯芯绒、天鹅绒)或被切开的双层编织品(经纱绒、长毛绒、雪纺绸)或未切开的双层编织品(间隔织物)，或其他片状纺织品基质，如缝编织物、纤维片(webs)和自支撑薄膜。

特别优选的是以线的片或线的绳状物存在的纤维素纤维材料。

为了本发明的目的，染料是对普通技术人员已知的用于将纺织品材料进行染色的染料。

适合用于将含纤维素的材料进行染色的染料具体地是活性染料、还原染料、靛蓝类染料，具体地说如靛蓝、硫化染料和直接染料。适合用于将聚酯类染色的染料是分散染料，并且适合用于将聚酰胺类和毛料染色的染料具体地是酸性染料或活性染料。

所提到的这些染料是已知的、可商购的并且广泛描述于文献中，例如在由英国漂染师及印染师学会(British Society of Dyers and Colourists)和美国纺织化学家与印染师协会(American Association of Textile Chemists and Colorists)出版的颜色索引(Colour Index)中。

本发明的方法具体地是对用靛蓝将纤维素纤维(特别是棉类)进行染色有用的。靛蓝优选作为靛白使用，即以还原形式使用。

本发明的方法利用了处于浓缩染料系统形式的染料。基于整个染料系统，它们优选包括量值为按重量计2％到40％的染料、并且特别优选按重量计5％到20％的量值。

有用的浓缩染料系统具体地包括染料溶液、染料分散体、染料泡沫和染料气溶胶。在以溶液形式存在的浓缩染料系统中，这种溶液具体地包括一种水溶性染料的水溶液，该水溶液包括上述量的染料。例子有处于还原形式的活性染料、还原染料的水溶液，或者靛白。在靛蓝的情况下，靛白的水溶液是通过用 一种还原剂(特别是用连二亚硫酸钠)对靛蓝进行还原而可获得的。然而，优选的是使用一种可商购的所谓的靛蓝溶液，它含有通过靛蓝的催化氢化制备的靛白。

对于该染料溶液特别优选的是将其均匀地并且精细地应用于片状纺织品材料上。

这可以使用(例如)一种气体动力学装置来完成。其中的一个放置在一侧并且与传输方向横切的抽吸装置在片状纺织品材料中产生相对于惰性环境气氛的一个负压差，与此同时，在该片状纺织品材料的另一侧，一个装置将该染料溶液在该片状纺织品材料的宽度方向上精细地分布到该惰性气氛中。

用于精细地分布该染料溶液的装置例如通过模口或其他喷淋装置或者通过超声机械地起作用。

更加优选的是使用与非极性溶剂混合的水性染料溶液。适合的非极性溶剂是例如全氯乙烯和三氯乙烯。

水对非极性溶剂的混合比具体地是每升非极性溶剂中从10到100ml、更优选地是15到80ml的水。在将这种混合物应用以及将染料浸染到片状纺织品材料上之后，将该非极性溶剂在热处理下完全地或实质性地蒸发掉。

在本发明的一个版本中，借助一种乳化剂将水性染料溶液和非极性溶剂转化成一种乳液。适合的乳化剂具体地是阳离子活性的表面活性剂。

它们优选以基于染料溶液以及非极性溶剂的总系统按重量计0.05％到2.5％、并且更优选以0.5％到2.0％的量使用。

水不溶性染料，特别是例如分散染料，优选以分散体的形式使用，为此该分散染料借助适当的分散剂被分散在水中。适当的分散剂对普通技术人员是已知的，并且是可商购的。

在本发明的方法的一个优选的实施方案中，该浓缩的染料系统是以泡沫的 形式存在。适合的泡沫材料是通过在可商购的泡沫发生器中借助一种惰性气体(特别是氮气)将水性染料溶液发泡而可获得的。适合的泡沫发生器可以作为动态或静态混合器进行构造，并且描述于例如DE 2523062和US 4,118,526。

总体来说，发泡是在泡沫成形剂的辅助下完成的。适合的泡沫成形剂具体地是已知的以及可商购的阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。适合的表面活性剂在例如EP 0162018中进行了描述。

发泡可以在另外的助剂的存在下进一步进行。例如可以加入能够加强染料对片状纺织品材料渗透的湿润剂。这些湿润剂是可商购的，并且 

Wet D-IS产品是特别适合于纤维素纤维的情况。

基于有待发泡的混合物，湿润剂优选以1％到20％、并且更优选以2％到8％的量使用。

发泡可以在固定剂的存在下进一步进行。这些固定剂是可商购的，并且 

Fix FF产品是特别适合的。固定剂优选以1％到15％、并且更优选2％到8％的量使用，均是基于有待发泡的混合物。由于在将泡沫应用于片状纺织品材料之后，这些泡沫在理想情况下应当快速地并且完全地破裂，因此可以将片状纺织品材料预先浸渍在加速泡沫在该基质上破裂的助剂中。

类似地，在将泡沫应用到片状纺织品材料上之前可以将该材料加热或者冷却，以便通过相对于泡沫的温度差同样地加速泡沫在片状纺织品材料上的破裂。

加速泡沫在基质上破裂的适合的助剂是例如醇类、疏水填充剂和硅树脂化合物。这样的化合物是可商购的，例如 

Air M-Top、 

Air M-HTS和 

Foam 58K。

优选地将它们以基于该浓缩的染料系统按重量计0.01％到2.0％、并且更优选0.02％到1.0％的量使用。

在本发明的方法的一个进一步的优选实施方案中，该浓缩的染料系统是作 为一种气溶胶存在的。适合的气溶胶是通过将水性染料溶液雾化而可获得的。雾化可以通过高速转子或者借助单或双物料喷嘴实现。适当的装置是可商购的。

优选地，该气溶胶在一个充满惰性气体(特别是氮气)的室中形成，并且更优选的是该室围绕该有待染色的片状纺织品材料，以确保直接的应用。

当使用双物料喷嘴时，将一种惰性气体(特别是氮气)用作推进气。

所提到的浓缩的染料系统优选以按重量计1％到25％、更优选5％到20％的总量应用于片状纺织品材料。确切的量值取决于所使用的浓缩染料系统的染料含量，并且还取决于被染色材料的所希望的色调深度。

所应用的染料量，就纯染料而言，随染料的类型和所希望的色调深度而变化，并且基于该片状纺织品材料，染料按重量计其范围具体地从0.5％到10％、并且更优选从1％到8％。

所列举的浓缩染料系统的量在两个或更多个子步骤中被应用于该片状纺织品材料，优选2到10个子步骤、并且更优选2到6个子步骤。

浓缩的染料系统的总量可以在这些子步骤之间被均匀地分开，在每一个子步骤中都应用相同的量。然而，也可以在每一个子步骤中都应用不同的量，总计等于有待应用的总量。更具体地，浓缩的应用系统的逐步应用可以线性地进行，这是指每个子步骤的量是相同的；可以渐增地进行，这是指每个子步骤的量都增加；可以递减地进行，这是指每个子步骤的量都减少；或者任意地进行，这是指每个子步骤的量是相同或不同的。在渐增方式中，每个子步骤应用的量可以有规律地或无规律地增加。对于递减方式也是相同的情况，这是指每个子步骤应用的量可以在一个规律的或者不规律的基础上减少。在本发明的方法的一个具体的实施方案中，在不同的子步骤中应用了不同的染料。这些不同的染料可以是同一类染料中的两种或多种染料，即，例如两种或多种活性染料。它们也可以是不同类的染料，例如靛蓝和一种硫化染料。

例如，可以在第一和最后的子步骤中应用一种染料，并且在其他子步骤中应用另一种染料。类似地，还有可能只有第一或最后的子步骤，或者中间的一步或者两个或更多的中间步骤与其他的不同。

优选的是对于在每一个子步骤中的应用都使用最小加入量技术。最小加入量是指该浓缩染料系统在每一个子步骤中都应用如此小的量，这样，对溶剂或液相的毛细管萃取(capillary extraction)引起超出该染料的溶解度并且因此引起它沉淀在该片状纺织品材料之上或之中。这立即诱使该染料与该纤维键合。

合理的是，将由毛细管萃取导致的溶剂和染料的分离进行增强/加速。这可以例如通过供应能源以蒸发一部分溶剂来完成。

将该浓缩的染料系统应用到片状纺织品材料可以通过下列任何已知的方法完成。更具体地，它是借助已知的应用系统或最小加入量系统完成的，例如泡沫应用系统、喷雾喷嘴系统和抽吸装置。

当将该浓缩的染料系统以泡沫的形式应用时，特别地可以通过使用例如在DE 2523062、EP 0162018A1和EP 1591578A2中所描述的已知方法来完成。

为了实现该浓缩的染料系统的均匀分布，优选的是使用一种调节表面张力的助剂。适合的助剂是例如阴离子型的和非离子型的表面活性剂。这些表面活性剂是可商购的，例如 Wet D-IS。优选地将它们以基于该浓缩的染料系统按重量计0.1％到1.0％，并且更优选0.2％到0.4％的量使用。

该浓缩的染料系统具体地是在该片状纺织品材料的宽度和长度方向上均匀应用的。然而，还有可能只将该浓缩的染料系统部分地应用并且由此产生印花品。

当应用空气敏感性染料时，该浓缩的染料系统可以在一种惰性气氛下应用。氮气是一种特别优选的惰性气体。

当使用靛蓝染色时，惰性气体氛围是特别优选的。

在理想情况下，在每一个子步骤之后染料自动地固着在该片状纺织品材料上，并且不必要在各子步骤之间进行进一步的处理步骤。这特别地应用于使用靛蓝的染色，其中所应用的靛白在与大气中的氧气接触时自动地并且立即地被氧化成靛蓝并且被固着。

在其他类染料的情况下，特别的是，在单独的子步骤之间有可能/有必要插入进一步的处理步骤，例如干燥步骤、借助一种氧化性液体的氧化步骤或者热处理(热溶胶处理)。

在已应用了全部量的染料之后，通过额外的物理或化学方法将染料进行额外的固色不是绝对必需的，但是可能有助于增强固色率。类似地，也不需要对该染色的片状纺织品材料进行后续清理(即特别是根据现有技术所要求的漂洗、洗涤和皂洗步骤)，但是可以进行该后续清理以便提高染色的坚牢度水平。

优选的是将该浓缩的染料系统应用于围绕该片状纺织品材料的一个处理室中，不仅当该浓缩的染料系统作为气溶胶存在时，而且当该系统作为溶液、分散体或泡沫存在时。如果有必要，并且优选在使用靛蓝染色的情况下，已经对该室供应了惰性气体(特别是氮气)。

此外，该处理室可以在其上游布置一个装置，该装置去除该片状纺织品材料中的空气。

例如，引导该片状纺织品材料穿过一个汽封进入一个充满饱和蒸汽的空间，并且在该空间中蒸汽代替并且替换所附着的空气。在该片状纺织品材料的移动方向上穿过再一个汽封之后，将该片状纺织品材料借助冷却滚筒进行冷却，并且该蒸汽(此时冷凝)留下一个压降，由此该空间吸入一种惰性气体，特别是氮气。最终使因此获得的无空气的片状纺织品材料穿过再一个汽封进入实际的染色机/处理室中。

还可能装备一个具有两个或更多个应用系统的处理室，这样，本发明的方 法的所有子步骤在该片状纺织品材料穿过该处理室的一次穿行中发生。

本发明的方法特别值得注意的是在纺织品基质染色所需的设备上的相当可观的减少。

图1展示出本发明的方法的一个过程，作为在一个竖直的气溶胶室中用靛蓝对棉经纱线染色的实例。经纱线2存在于经轴支架1上，并且水平地从下侧穿过一对轧水辊3以达到一个竖直的轧水钳口。在该轧水钳口中，将经纱线中的大部分空气向下方挤压，并且在从轧水钳口中排出之后，被出自气溶胶室5的入口通筒4的在相反方向上流动的氮气所替换，并且通过一个压力传感器进行监控。在气溶胶室5中的两侧布置有多个喷淋臂6，并且与移动穿过的经纱线片横向地布置。用于对经纱线片染色的该含染料气溶胶是由双物料喷嘴产生的，这些喷嘴分布在喷淋臂6上，使得在跨过该经纱线片的宽度上都产生均匀的气溶胶介质。特别地，将氮气用作推动气体。在气溶胶室5中该经纱线片通过出口通筒7在氮气云中退出气溶胶室5，以通过方向辊8的改变转移到空气氧化区段9中，在该区段中发生了靛白到靛蓝的氧化。

与现有技术的方法相比，即对使用惯常的开幅染色机的经纱线，迄今为止所要求的整个“湿端”(即，用于润湿或预染色的带有轧水辊的水槽、用于染色的带有插入式空气氧化区的水槽和轧水辊、用于漂洗的水槽和轧水辊)可以被免除，类似地还有上浆之前用于对润湿的经纱线进行预干燥的被加热的圆筒。

因此与现有技术的装置相比，根据本发明的方法运行的染色装置的成本费用被显著地降低了，因为机器材料(如水槽、轧水辊、管道系统、基质导向元件)的开销从其所要求的数目而言被可观地降低了。

这种设备开销的节省还导致可观的运行成本的节省，其形式为热能、轧水辊的多马达驱动以及用于使染液在染色槽中循环所要求的泵马达的电能要求。再一个重要的节省是减少了水的消耗，这归因于消除了洗涤水(6到8L/kg染色 的经纱线)以及在润湿、染色和漂洗槽中染液体积的重复交换(每次交换8000L到11000L)，当然这些液体在此之后也不会成为废水。因为不再有任何过渡性的氧化，所以也不再对处理助剂(例如用于染色液的还原试剂)有任何需要。

此外，本发明的方法减少或者甚至消除了在染色应用之后对染色后的材料的漂洗。

最后，通过大大降低设备的尺寸并且还通过可观地降低对测量技术(pH值、氧化还原电势、染料浓度、盐含量和染液循环速率)的需要，降低了人员成本。

本发明的方法具有整体系列的进一步的优势。它提供了在坚牢度上的显著改进，特别是在ISO 105X12的耐摩擦的颜色牢度的方面。本发明的方法中产生的不可商售材料的比例(归因于色调/色度深度的变化、在一个批次的宽度和长度方向上染料摄取的不均匀性、停车斑以及断头)被降低到几乎为零。本发明的方法使之有可能经济地将多个短的批次(长度上从约50m)进行染色，而使用已知的染色技术这是不可能的。

在该正接受处理的基质上可以发生颜色改变，而无需将设备停车以及重新改装。

由于该纺织品材料被拉入的程度的降低，当该基质穿过当前的纱线片染色系列时连续应用的经纱隔距可以被省去。因此有可能在该批次开始和结束时使用一种织物送线口(fabric runner)，并且由此进一步将设备停车中断的损失最小化。

(四)具体实施例

从还原态的靛蓝气溶胶介质对经纱线片染色

染色是在一台根据图1的设备上完成的，并且如下进行控制：

在开始染色之前，将气溶胶室5注满氮气，以移除此处存在的空气(即氧 气)。这是通过喷淋臂6上的多个双物料喷嘴完成的。同时，染色液从一个收集容器通过液体进料管线到喷淋臂6、并且通过液体返回管线回到该收集容器的预循环被启动。在这个预运行阶段中，将所希望的染液加入量通过流量计和相关的控制阀进行设定。为了在染液进料管线处维持一个恒定的进入压力，使用压力传感器和控制阀以设定并且在整个染色阶段中维持所希望的管线压力。一旦预设置阶段结束，则将轧水辊4闭合并且该过程被启动。一旦经纱线片已经达到了其目标速度，则通过打开控制阀(经由先前在压力调节器处设定的压力)，将用于在气溶胶室5中的所有双物料喷嘴的液体进料的控制阀释放。同时，在染液返回管线中的控制阀被关闭。借助此前已经通过所有双物料喷嘴流向该室中的推动气体，气溶胶介质在气溶胶室5中产生，并且穿行的经纱线片被染色。在染色阶段的过程中，关闭的充氮的收集容器通过一个自动液位控制器由一个母液储存容器进行供应。通过一个分离的供应装置以及一个由压力传感器和控制阀构成的控制系统针对变化的压力条件对该收集容器中的氮气氛围进行调节。在染色阶段来自气溶胶室5中的气溶胶介质的残留染液在位于该室进口处的一个槽中被收集，并且通过一个由液位传感器、泵和控制阀组成的液位控制器返回该收集容器进行再使用。

之后引导该经纱线片进入空气氧化区9，其中通过多个导向辊(以30cm到300cm间隔开)引导该经纱线片穿过一个可自由进入的氛围。在此通过空气中的氧气将靛白氧化为靛蓝。在空气氧化区9中的停留时间在5和180秒之间。

与具有相同的色调深度的常规染色的材料相比，所获得的经染色的材料具有更显著的环染，该环染可以更受控制地进行生产。这使之有可能在后续的成衣纺织品材料的洗涤中更容易地将染料去除至所希望的程度，以便实现消费者所希望的外观/外表。这还伴随着对洗涤机而言洗涤水、纺织品助剂和能量的节省。

类似地，根据本发明的方法(它可以被认为是强制地将染料应用在纺织品材料上)向该基质提供了更均一的外观，因为该染料被均匀地施用，并且与已有染色技术不同，不需要在浸染过程中被基质吸收，该基质的染色能力局部地不同。

对于根据以上描述的方法染色的产品而言按照ISO 105X12的摩擦坚牢度为2.5，同时对于一种根据现有技术染色的对比产品而言为1.5。

在针对干摩擦坚牢度的测试中获得了3到3-4的类似的改进。

Claims (10)

1.一种使用一种染料对片状纺织品材料进行染色的方法，该方法包括将一种浓缩的染料系统以基于该纺织品材料按重量计1％到25％的总量在两个或更多个子步骤中应用至该纺织品材料，并且将该染料在每一个子步骤之后都固着在该纺织品材料上。

2.如权利要求1所述的方法，其中该片状纺织品材料是一种作为线的片或线的绳装物存在的一种纤维素纤维材料。

3.如权利要求1和/或2所述的方法，其中使用了靛蓝或硫化染料。

4.如权利要求1至3中一项或多项所述的方法，其中该浓缩的染料系统是作为染料溶液、染料分散体、染料泡沫和染料气溶胶存在的。

5.如权利要求1至4中一项或多项所述的方法，其中该浓缩的染料系统包含基于整个染料系统按重量计2％到40％的染料。

6.如权利要求1至5中一项或多项所述的方法，其中该浓缩的染料系统是作为靛白的水性溶液、泡沫或气溶胶存在的。

7.如权利要求1至6中一项或多项所述的方法，包括2到10个子步骤。

8.如权利要求1至7中一项或多项所述的方法，其中在这些子步骤中应用了不同的染料。

9.如权利要求1至8中一项或多项所述的方法，其中在这些子步骤中应用了靛白和硫化染料。

10.如权利要求1至9中一项或多项所述的方法，其中在这些子步骤之间没有进行另外的处理步骤。

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