CN106460278A - 在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺及将该工艺用于纺织品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在气体介质中将纤维素纤维染色的方法和设备，其具有在乙醇、柠檬酸、单宁酸、乙醇和水的溶液中稀释的碱性染料，以及酶纳米胶囊，和具有用于染料的液体形式的作为载体的四氟乙烷气体，该气体在加压下和控制温度下施加，其中使用的工艺包括：将纺织品(1)插入染色设备的罐(2)，由辊(3)移动；真空泵(4)从罐(2)中去除空气；染料(5)与辅助组分(7)、乙醇、柠檬酸、水和醇、纳米酶胶囊和来自储气缸(8)的四氟乙烷气体被运至混合器(6)，气体通过气体泵(9)泵至罐(2)，借助于循环泵(10)迫使气体在罐(2)内部和回流管系统(11)循环，其中过滤器泵(12)将四氟乙烷气体泵至过滤器(13)和储气缸(8)。
Description
技术领域
本发明包括，通过基于染色效率的选择技术使用由适当气体携带的纺织染料的纺织染色工艺，目的是对于染色和纺织行业，开发以气体形式对纤维素纤维的应用以及开发在该介质中的染色工艺。
背景技术
在纺织行业中，制剂和化学染色工艺是消耗资源和产生废物的。
存在对减少和消除那些资源的使用、替代工艺以及工艺要素的不断探寻。
根据EIPPC(欧洲综合污染预防和控制)数据，在染色处理针织棉时，该工艺中水的用量与所处理织物的质量的比率为136L/kg。此外，在针织棉的常规染色工艺中，除染料之外，还以可以在每Kg所处理织物在263g至680g的化学品之间变化的量，使用如硫酸钠或氯化钠、苛性钠、碳酸钠、乙酸、表面活性剂和螯合物等化学品。基于这些数据，且以2003年在巴西处理的针织棉的量，可估计每年消耗约2.5千万至3.2千万m3的水，且将达到49千吨至127千吨的处置固体废物的数量倾倒在水体中。在此背景下，开发了酶制剂和阳离子染色联合工艺(PETCA工艺)，这优化和符合酶清除和纤维素阳离子化技术，在将它们一起使用时，增加了活性染料对棉纤维的固着度，降低了原料和辅助材料的使用。通过给出的结果可得出结论，酶清除和阳离子染色联合工艺(PETCA)呈现：水消耗和废水产生减少40％；工艺所需的化学品的消耗减少66％；废液中的氯化物水平降低98％；废液的导电性降低63％；废液的着色降低15％，且浊度显著增加了约30倍(来源：SBPC第58次年会的年报，2006年7月，Florianópolis,SC)。
染色被认为是通过施加着色材料，借助溶液或分散液，来进行纺织纤维的颜色改变的化学工艺，此工艺随不同的纺织品而改变，因为对于每种纺织纤维，都有特定的染料。染料是能够使纺织品或非纺织品基底着色，以使颜色在光和湿润处理下相对牢固的有机化合物。所有的纺织品基底(织物)在处理期间，经历几个物理和化学过程。对于这些过程的实际需要是，打算改进外观、染色能力、以及随后的织物整理的条件。在开始染色前，应当仔细准备纺织品，使其经历所谓的准备或预处理的初始过程，该过程旨在去除所有的基底(织物)杂质，该杂质为：蜡、天然果胶、润滑油、石蜡、树胶等。这些杂质可以是天然的和人为的二者。在后者的情况下，在纺织过程中，在针织时对基底进行熨烫或润滑时，人为杂质被添加至吊线(wrap threads)或针织线。
将织物未处理地放入干洗机中。然后，根据纤维类型和欲得到的最终产品的类型，对织物进行物理和化学处理二者。
有三种方法用于使纺织品染色：纤维染色(用于长纤维(羊毛)和长丝)；纱线染色(配置在线圈中或在其它纺纱过程期间)，更适于生产有条纹的、提花或格子图案的织物，以及吊线染色(wrap dyeing)，打开的或系绳的，以及匹染，这种方法消耗较少的染料，涉及的处理量较少，生产出平纹织物，可实现绳中(更松弛)或打开(无折痕)织物的连续处理。在用靛蓝染料进行包覆纱染色时(在染色机中不打算用靛蓝染料，而是原染料)，可以使用不连续或批过程，当在同一机器上进行如漂白、染色和洗涤的所有准备过程时，根据所使用的机器，对于系绳或打开的织物，以下是最常用的：平式机、喷射机、流式机或卷染机；在半连续过程使用通过轧染机(Foulard)进行的用染色浴的织物浸渍，该过程后，使织物静置数小时以使染料反应，然后洗涤。称为“轧堆(pad-batch)”工艺和连续的工艺，其通过增加蒸汽和提高温度来加速染料与纤维的反应。最常见的工艺为：用于棉织物的、用蒸汽机的“轧蒸(pad-steam)”，和用于合成织物的、用热空气循环(热风(hot-flue))的“浸轧-烘干(pad-dry)”。
认为纺织行业中使用的染料，用于纤维素(棉、粘胶纤维、亚麻、苎麻)中的，为活性染料、直接染料、迪纳(tina)、硫磺、萘酚和靛蓝；用于聚酯的，为分散染料；用于聚酰胺(尼龙)的，为酸性和分散染料；以及用于羊毛的，为酸形式的和活性染料。
染料是与纤维有亲和性的可溶解于或可分散于水中的产品，目的在于增进颜色，分为活性染料和偶氮染料，用于CO(棉)和CL(亚麻)纤维。活性染料的优点在于，价格适中、对光和湿气具有高强度、避免使用固色剂且具有高再现性；活性染料的缺点在于，对于用氯处理的限制且对环境有害。
偶氮染料的优点在于，具有在纤维内部产生的颜色、高强度、优异的亮度、全色和避免固色剂；缺点在于，成本高、耗时长、损害环境。
不断增长的人口增加了对自然资源和生活所需增加的需求的要求，例如水、新鲜空气、种植用地和电力。水是日益缺乏和昂贵的资源。即使对于巴西，少雨和高温也使对这种资源的探寻更强烈且令人担忧。考虑到工业需要用于人和动物消耗的水，以及通常为了产生能量和满足工业，物资的消耗是这些资源缺乏的罪魁祸首。
为了减少用水，纺织染色行业成为环境保护者的目标，要求在无水染色技术方面加强研究和增加很大投入。2011年，染料、纺织设备和服装的生产商开发了通过可再循环的CO2替代水的技术，由此降低了能耗，并除去了对额外的化学品的需要。该工艺通过将二氧化碳置于1100Psi(75.8bar)的压力下，将其转变为超临界CO2而运转。这意味着，其具有液体和气体的特性。这免除了过程中水的使用，并且几乎零排放。
在本领域权威机构数据库中的检索发现文献PI7705268-4，名称为《对纺织品和塑料材料的快速、连续、无水的染色的闭式循环设备》(Aparelho de ciclo fechado para otingimento rápido,contínuo e semágua de um material têxtil ou plástico)。在该机构的网站不可得到该文献，且由于需要递交此请求，因此申请人不能请求副本。此外，PI7705268-4的申请人是USPTO数据库中几个专利的持有人，其中文献US4047889-1976年1月19日的用于纺织品和塑料材料的快速、连续及无水的染色方法，和US4115054-1976年12月15日的纺织品和塑料材料的快速、连续及无水的染色、纹理化及热固定的方法，基于聚对苯二甲酸乙二醇酯或其它类似物，描述了聚酯纺织品的染色方法，但该方法可用于使尼龙、丙烯酸类纺织品或其它众所周知的、包括天然来源的材料，例如羊毛或棉的商业纺织品。该方法要求保护，使所处理的织物与高沸点有机液体在相对高的温度下接触，冷却纹理化的织物，并用不含或基本不含水的低沸点有机液体清洗该织物，随后干燥纺织品纹理化的材料；从属权利要求包括，分类为高沸点有机液体，其包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇以及这些二醇的单甲酯、单乙酯和二酯、如甲醇等低级烷醇，或氯化石蜡烃；和分类为低沸点有机溶剂，其包括CH2Cl2、CCl4和CHCl3；高沸点有机液体包含溶解、分散或悬浮于其中的适当染料，籍此使织物在热的作用下同时染色和纹理化；高沸点有机液体是低级烷撑二醇、低级烷撑二醇的低级烷基醚；其还要求保护，在基本松弛或非拉紧的条件下处理纺织材料，从而不接受一种或多种添加剂。
发明内容
由此，本发明人研究并开发了在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺，以及将该工艺用于纺织品的方法，并且在合成时，包括流体形式的载体四氟乙烷，对于染料，优选碱性(阳离子的)的染料、将其在乙醇、柠檬酸和单宁酸中稀释，并与纳米酶胶囊一起在染色设备中分配。将该气体过滤，并且在一定的染色停留时间后，在加压下释放以清洗过滤器，返回至储罐。
四氟乙烷通常用于制冷系统，代替氟利昂，1,1,2,2-四氟乙烷R-134是惰性、无毒和不易燃的气体，不会破坏臭氧层，且在低压下液化。
呈现更好的染色效果的染料是碱性(阳离子)染料，这是因为它们的发色分子，这些发色分子呈现反应性基团并对纤维素纤维是直染的，特征在于对洗涤的低坚固性，在这种情况下，使用单宁酸来提高直染性并改进它们在纤维中的固色。
纳米胶囊具有降低纤维素纤维外层、表层和第一层的表面张力的作用，从而有助于染料接近纤维，促进染色。
由于四氟乙烷流体是不破坏臭氧层且在低压下液化的惰性、无毒、不易燃的气体，因此用作染色设备内的染料载体。该气体经过一组具有多层能够保持纳米颗粒的过滤元件的过滤器。
在所述染色停留时间之后，将染色气体在对于清洗过滤器的压力和温度下释放，然后返回至储罐。然后，染色洗涤步骤开始于将在染色设备中循环预定时间的气体，经过过滤器，并返回至储罐。如果需要，该步骤应进行超过一次。
下面将详细描述包括以下的附图说明的本专利的主题，而不意欲限制工艺中所涉及设备的设置，其中：
附图说明
图1示出了能够在气体介质中进行纤维素纤维的染色的设备的图，该图对于理解该工艺和所涉及的设备仅为说明性的。
具体实施方式
根据上述图，本专利申请的主题，即在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺以及将该工艺用于纺织品的方法，包括将染料、优选碱性(阳离子)染料，稀释在5.0％至10.0％、优选7.0％的乙醇，0.05％至0.15％、优选0.1％的柠檬酸和在含有40％的水和60％乙醇的溶液中稀释的0.5％至2.00％、优选1.0％的单宁酸中，与以1％至10％SPM(基于材料重量的参考单位)，优选5.0％的比率的纳米胶囊一起喷洒在染色室。
对染料的流体载体包括在12bar至15bar的压力下，在50℃至65℃、优选60℃的控制温度下，以35.0％至60.0％，优选50.0％的比率过滤并注入的四氟乙烷气体。
使用所述工艺的方法包括：将纺织品(1)插入染色设备的罐(2)中，由辊(3)拉动的步骤；真空泵(4)从罐(2)中去除空气，将染料(5)与辅助组分(7)、乙醇、柠檬酸、水和醇、纳米酶胶囊，来自储气缸(8)的四氟乙烷气体一起加入混合器(6)，四氟乙烷气体通过气体泵(9)泵至罐(2)。循环泵(10)迫使气体在罐(2)内部和回流管(11)循环，其中过滤器泵(12)将四氟乙烷气体泵至过滤器(13)和储气缸(8)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺，纺织染料通过气体携带，用于纺织染色行业，其特征在于，包含染料，优选碱性(阳离子)染料，其在5.0％至10.0％的乙醇、0.05％至0.15％的柠檬酸和稀释在含有40％水和60％乙醇的溶液中的0.5％至2.00％的单宁酸中稀释，与1至10％SPM的纳米酶胶囊一起在含有40％水和60％乙醇的溶液中稀释，和在12bar至15bar的压力下、在50℃至65℃的控制温度下以35.0％至60.0％的比例施加的四氟乙烷气体；所述工艺包括：将纺织品(1)插入染色设备的罐(2)中，由辊(3)拉动；真空泵(4)从所述罐(2)中去除空气，将染料(5)与辅助组分(7)、乙醇、柠檬酸、水和醇、纳米酶胶囊、以及来自储气缸(8)的四氟乙烷气体加入混合器(6)，通过气体泵(9)将四氟乙烷气体泵至所述罐(2)，通过循环泵(10)使气体在所述罐(2)和回流管(11)内循环，其中过滤器泵(12)将四氟乙烷气体泵至过滤器(13)和所述储气缸(8)。
2.根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺，其特征在于，乙醇优选的百分比是7.0％、柠檬酸优选的百分比是0.1％和单宁酸优选的百分比是1.0％，且纳米酶胶囊优选的百分比比率为5.0％。
3.根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺，其特征在于，所述四氟乙烷气体优选的百分比为50％，优选的控制温度为60℃。
4.一种用于根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺的设备，其特征在于，所述染色设备包括：罐(2)，其中纺织品(1)插入其中，并由辊(3)拉动；真空泵(4)，用于从所述罐(2)中去除空气；染料储槽(5)、和混合器(6)和辅助组分储槽(7)；四氟乙烷气体的储气缸(8)，其通过气体泵(9)将储气缸(8)的四氟乙烷气体泵入所述罐(2)；循环泵(10)，其迫使气体在所述罐(2)内部和回流管(11)循环，其中过滤器泵(12)将四氟乙烷气体泵至过滤器(13)和所述储气缸(8)。
Claims (4)
1.一种在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺及将该工艺用于纺织品的方法，纺织染料通过气体携带，用于纺织染色行业，其特征在于，包含染料，优选碱性(阳离子)染料，其在乙醇、柠檬酸和稀释在含有水和乙醇的溶液中的单宁酸中稀释，与纳米酶胶囊一起在水和乙醇的溶液中稀释，和在压力和控制温度下施加的作为用于染料的载体的流体形式的四氟乙烷气体；所述工艺包括以下应用方法：具有将纺织品(1)插入染色设备的罐(2)中，由辊(3)拉动的步骤；包括从所述罐(2)中去除空气的步骤；包括将染料(5)与辅助组分(7)、乙醇、柠檬酸、水和醇、纳米酶胶囊、以及四氟乙烷气体加入混合器(6)的步骤；包括通过循环泵(10)使气体在所述罐(2)和回流管(11)内循环，其中通过过滤器泵(12)将四氟乙烷气体泵至过滤器(13)和储气缸(8)。
2.根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺及将该工艺用于纺织品的方法，其特征在于，所述染料被稀释在5.0-10.0％、优选7.0％的乙醇，0.05-0.15％、优选0.1％的柠檬酸和在含有40％的水和60％的乙醇的溶液中稀释的0.5-2.00％、优选1.0％的单宁酸中，且与以1-10％SPM、优选5.0％的比例的纳米酶胶囊一起稀释在含有40％的水和60％的乙醇的溶液中。
3.根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺及将该工艺用于纺织品的方法，其特征在于，四氟乙烷气体以含有35.0-60.0％、优选50％的比例，在12-15巴的压力下、在50-65℃、优选60℃的控制温度下被过滤和注入。
4.根据权利要求1所述的在气体介质中将纤维素纤维染色的工艺及将该工艺用于纺织品的方法，其特征在于，所述染色设备包括：具有辊(3)的罐(2)，真空泵(4)，染料储槽(5)、混合器(6)、辅助组分储槽(7)、四氟乙烷气体的储气缸(8)，连接到循环泵(10)的回流管(11)、过滤器(13)、储气缸(8)和过滤器泵(12)。
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