CN109423791B - 微波染色设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波染色设备，其包含腔体、微波信号源以及微波遮罩。腔体用以盛装染液并使纺织物浸置于染液中。微波信号源用以在腔体的内部发射微波信号，以对纺织物进行染色处理。微波遮罩设置于腔体中，其与染液的液面之间具有一定距离，且其选择性地对微波信号进行滤波处理。本发明的微波染色设备可减少染色加工时间及成本，并可控制纺织物的着色度，且可减少废水的产生，避免严重污染和破坏环境。

Description

微波染色设备
技术领域
本发明是指一种染色设备，且特别是指一种利用微波信号对纺织物进行染色处理的微波染色设备。
背景技术
人造聚酯纤维相较于天然纤维具有较佳的抗拉强度、较高的拉伸模数以及较佳的抗化学药品性，故已被广泛使用在纺织业。聚酯纤维为疏水性纤维，而对聚酯纤维进行染色处理的方法以高温高压染色的方法最为普遍。在传统的高温高压染色方法中，首先对纤维进行热处理，纤维受到高温而膨胀，且纤维孔隙因而张开，使得染料分子可进入纤维分子间，接着纤维孔隙随着温度降低而收缩，使得染料分子可固着在纤维中。但是，这些纤维的结构致密且缺乏亲水性基团，以水为媒介对这些纤维进行染色加工时必须在高温环境下进行且需添加大量助剂，使得染料分子通过水的携带而渗入至纤维内，故引染加工时间极长。除此之外，传统的高温高压染色方法需耗费相当多的水及染料，不仅造成生产成本高昂，产生的大量废水也造成环保问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种微波染色设备，其可减少染色加工时间及成本并控制纺织物的着色度，且可减少废水的产生，避免严重污染和破坏环境。
根据本发明的上述目的，提出一种微波染色设备，此微波染色设备包含腔体、微波信号源以及微波遮罩。腔体用以盛装染液并使纺织物浸置于染液中。微波信号源用以在腔体的内部发射微波信号，以对纺织物进行染色处理。微波遮罩设置于腔体中，其与染液的液面之间具有一定距离，且其选择性地过滤微波信号，以改变于腔体内纺织物浸置于染液中的电场强度分布。
依据本发明的一实施例，上述微波遮罩是由至少一个金属或合金组成。
依据本发明的又一实施例，上述微波遮罩定义出至少一个开口，此至少一个开口的长边至少为0.15λ，其中λ为微波信号的波长。
依据本发明的又一实施例，上述微波遮罩的厚度小于上述微波信号的自由空间波长。
依据本发明的又一实施例，上述微波遮罩包含至少一个介电材料。
依据本发明的又一实施例，上述介电材料的介电常数介于1与500之间，且上述介电材料的正切损失介于0.0001与10之间。
依据本发明的又一实施例，上述微波遮罩与上述染液的液面的距离介于0与5厘米之间。
依据本发明的又一实施例，上述微波信号源发射的微波信号的频率为0.915吉赫(GHz)或2.45吉赫，且上述微波信号源发射的微波信号的功率密度介于0.04瓦/平方厘米(W/cm2)与2.61瓦/平方厘米之间。
依据本发明的又一实施例，上述微波信号源发射的微波信号为脉冲式(pulse)微波信号或连续式(continuous)微波信号。
依据本发明的又一实施例，上述腔体的内部压力介于1.01325巴(bar)与10巴之间。
本发明的优点在于，本发明的染色加工设备和染色加工方法可减少染色加工时间及成本并有效提升纺织物的着色度。此外，本发明的染色加工设备和染色加工方法可减少废水的产生，避免严重污染和破坏环境。
附图说明
为了更完整了解实施例及其优点，现参照并结合附图做的下列描述，其中：
图1是绘示依据本发明实施例的微波染色设备的示意图；
图2至图4分别为图1的微波染色设备中的微波遮罩的各示例及使用此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图。
具体实施方式
以下仔细讨论本发明的实施例。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
请参照图1，图1是绘示依据本发明实施例的微波染色设备100的示意图。微波染色设备100包含腔体110、微波信号源120和微波遮罩130，其中腔体110用以盛装染液112并使纺织物114浸置于染液112中，微波信号源120用以对染液112发射微波信号，以对浸置于染液112中的纺织物114进行染色处理，而微波遮罩130设置于腔体110中，其用以选择性地过滤微波信号。
腔体110的底部具有一定空间以盛装染液112，且其可具有纺织物114的进出口和辊轮(图未绘示)使得纺织物114受到牵引而浸置于染液112中。腔体110的结构可被设计成其微波泄漏低于5毫瓦/平方厘米(mW/cm2)，以有效阻隔微波信号的泄漏，且腔体110的内部压力可介于1.01325巴(bar)与10巴之间。
微波信号源120可以是设置在腔体110外，并通过信号传输线将微波信号传输至腔体110后在腔体110的内部朝向染液112发射出。在其他实施例中，微波信号源120设置在腔体110上，以直接对腔体110中的染液112发射微波信号。微波信号源120发射的微波信号可以是例如脉冲式微波信号或连续式微波信号，其频率可以是例如0.915吉赫(GHz)和2.45吉赫，但不限于此。微波信号的波形种类和频率可根据微波染色设备100的所在环境对应变更。此外，微波信号的功率密度可介于0.04瓦/平方厘米(W/cm2)与2.61瓦/平方厘米之间，以降低电力的消耗。
腔体110的内部压力可用于控制染液112被气化的现象，其将会影响染液112的浓度变化。在固定微波信号源120发出的微波信号的频率(0.915吉赫或2.45吉赫)下，染液112的介电常数及正切损失在其经过加热后会产生变动，其将会决定染液对应电磁波的穿透量、反射量及吸收量。因此，通过选择特定染液112的介电常数和正切损失，可有效控制染液112的含水比例，进而减少污水量及达到高染色率的效果。在一些实施例中，染液112的介电常数和正切损失可分别介于30与100之间和介于0.05与10之间。
纺织物114浸置在染液112中的深度介于0与20毫米之间。也就是说，纺织物114距离染液112的液面112A的距离D1介于0与20毫米之间。纺织物114的材料可以是天然纤维、天然聚合纤维、合成聚合体纤维，或是上述材料的组合，其中天然纤维可以是动物纤维、植物纤维或矿物纤维等，天然聚合纤维可以是海藻纤维、天然橡胶纤维、再生蛋白质纤维、再生纤维素纤维或纤维素酯纤维等，而合成聚合体纤维可以是聚碳酰铵(Polycarbamide)纤维、聚烯烃(Polyolefin)纤维、聚乙烯基系(Polyvinyl-based)纤维、聚酰胺(Polyamide)纤维、聚氨基甲酸酯(Polyurethane)纤维、聚异戊间二烯(Polyisoprene)纤维、聚酯(Polyester)纤维或聚碳酸酯(Polycarbonate)纤维等。染液112的成分可对应纺织物114的材料来决定，其可以是直接染料(direct dyestuffs)、反应性染料(reactive dyestuffs)、硫化(sulfurdyestuffs)、酸性染料(acid dyestuffs)、分散性染料(disperse dyestuffs)、盐基性染料(cationic dyestuffs)、瓮染料(vat dyestuffs)、颜料(pigment)，或是上述染料的组合。
直接染料是以偶氮基为主体的直线状构造，其包含硫酸根的亲水基团，又称水溶性阴离子染料。直接染料可通过氢键结合原理直接染上纤维素纤维。以直接染料对纺织物114进行染色加工后，可再使用硫酸铜、甲醛和/或四级氨盐等化合物进行后续处理。
反应性染料具有反应基，其可与纤维素纤维的羧基(-OH)产生共价键的坚牢结合，且其溶于水后呈阴离子性。
硫化染料是以芳香族有机化合物的染料中间体与硫磺及多硫化钠等加热反应而制成的染料，其不溶于水但可溶于加热的硫化钠溶液中。硫化染料的硫化物基团(-S-)或二硫化物基团(-S-S-)被还原而被纤维素纤维吸收，接着再经氧化作用而固着在纤维素纤维中。
酸性染料的化学构造含羧基、磺基(-SO3H)或羧酸基(-COOH)等官能基，其易溶于水而呈现阴离子性。在进行染色加工时，酸性染料可与羊毛或蚕丝等纺织物进行离子键结合。
分散性染料分散于水中，其与聚酯纤维进行凡得瓦尔力结合而达成染色效果，且其不含磺基或羧酸基等基团。
盐基性染料的化学构造不含酸性基团，且其在水溶液中呈现阳离子性，故盐基性染料又称阳离子染料。盐基性染料在酸性液体中较安定，其随着液体的pH值增加而呈现不安定甚至沉淀或分解，故盐基性染料进行染色加工时需借助单宁酸为媒染剂且与吐酒石固着在纺织物中。
瓮染料在化学构造上可分为靛蓝类(indigoid)与蒽醌(anthraquinone)两种，其不溶于水，且其在碱性溶液中变为可溶性的隐色体的钠盐。瓮染料被纺织物吸收后，再经氧化作用而显色固着在纺织物中。
颜料为无机矿物质，其对任何纤维不具亲和力且不溶于水，故颜料需借助接着剂(binder)固着于织物上。颜料可应用在棉、嫘萦及其他合成纤维织品的印花加工。
微波遮罩130位于染液112上，使得由微波信号源120发射出的微波信号经由微波遮罩130的选择性过滤后，通过微波遮罩130的微波信号进入至染液112中且至纺织物114，以对纺织物114进行染色处理。通过微波遮罩130对微波信号的过滤处理，可改变于腔体110内纺织物114浸置于染液112中的电场强度分布，从而决定纺织物114的染色图形及着色度。微波遮罩130与染液112的液面的距离D2可介于0与5厘米之间，以使纺织物114具有良好的染色效果。
微波遮罩130可至少具有微波阻隔部分和/或部分微波阻隔部分。在一些实施例中，微波遮罩130具有微波阻隔部分和未阻隔部分，其中微波阻隔部分由金属或合金组成，例如铜、银、金、铝、镍、上述金属的合金等，但不限于此，而未阻隔部分为微波遮罩130的一个或多个开口区，每个开口区的长边至少为0.15λ，其中λ为微波信号源120发射出的微波信号的波长。举例而言，若是微波信号源120发射出的微波信号的频率为2.45吉赫，则每个开口区的长边至少约为18.3毫米。此外，微波遮罩130的厚度T可小于微波信号源120发射出的微波信号的自由空间波长，以避免微波信号在微波遮罩130的开口区中产生震荡现象。
在一些实施例中，微波遮罩130具有微波阻隔部分和部分微波阻隔部分，其中微波阻隔部分可由金属或合金组成，例如铜、银、金、铝、镍、上述金属的合金等，但不限于此，而部分微波阻隔部分可由高介电材料(例如氧化铝、氧化钛、氧化钡、氧化钨等，但不限于此)和/或低介电材料(例如FR4玻璃纤维、铁氟龙、多孔性二氧化硅、工程塑胶等，但不限于此)组成，其介电常数和正切损失(loss tangent)分别为介于1与500之间和介于0.0001与10之间。进一步地，部分微波阻隔部分具有一个或多个分区，每个分区的长边至少为0.15λ，其中λ为微波信号源120发射出的微波信号的波长。
另外，在一些实施例中，微波遮罩130可同时具有微波阻隔部分、部分微波阻隔部分和未阻隔部分，有关这些部分的说明请参照前述实施例的说明，在此不赘述。而在特定的实施例中，微波遮罩130的微波阻隔部分亦可以是介电材料。
以下为在使用不同微波遮罩的微波染色设备100对纺织物进行微波染色的说明。图2为图1的微波染色设备100中的微波遮罩的一示例及使用此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图。在图2中，上图为材料为金属的微波遮罩，其具有框架结构200和三种不同大小的开口区210、220、230，框架结构200中所有框架分支大致等宽，而这些开口区210、220、230的尺寸分别为30×20平方毫米、20×20平方毫米和20×5平方毫米；下图为此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图，其中颜色相对较浅之处代表电场强度相对较强，反之则代表代表电场强度相对较弱。由图2可知，在框架结构200的遮蔽处的颜色相对较深，其代表染色反应相对较少，而在开口区210、220、230中的颜色相对较浅，其代表染色反应相对较多。此外，在开口区210、220、230中的颜色深度大致相同，其代表染色反应一致。
图3为图1的微波染色设备100中的微波遮罩的另一示例及使用此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图。在图3中，上图为材料为金属的微波遮罩，其尺寸为206×151平方毫米且具有框架结构300和开口区302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330，其中框架结构300中所有框架分支的宽度不一，而这些开口区302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330的尺寸分别为19×39平方毫米、29×80平方毫米、17×77平方毫米、15×75平方毫米、13×73平方毫米、59×44平方毫米、29×44平方毫米、19×44平方毫米、19×44平方毫米、19×44平方毫米、39×59平方毫米、29×79平方毫米、11×71平方毫米、9×69平方毫米和7×67平方毫米；下图为此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图，其中颜色相对较浅之处代表电场强度相对较强，反之则代表代表电场强度相对较弱。由图3可知，在框架的遮蔽处的颜色相对较深，其代表染色反应相对较少，且对应宽度较宽的框架分支的遮蔽处的颜色具有变化，而在开口区302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330中的颜色相对较浅，其代表染色反应相对较多，其中在开口区302、304、318、320、324、330中的颜色深度大致相同，其代表染色反应一致，而在开口区302、304、318、320、324、330中的颜色深度具有变化，其代表染色反应具有差异。
图4为图1的微波染色设备100中的微波遮罩的又一示例及使用此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图。在图4中，上图为介电材料的微波遮罩，其具有介电区410、420、430，其中开口区410的尺寸和介电常数分别为59×149平方毫米和16.5，开口区420的尺寸和介电常数分别为89×149平方毫米和2.1，而开口区430的尺寸和介电常数分别为59×149平方毫米和5.5；下图为此微波遮罩对纺织物进行微波染色处理时的电场强度分布图，其中颜色相对较浅之处代表电场强度相对较强，反之则代表代表电场强度相对较弱。由图4可知，在介电区420、430的遮蔽处的颜色较在介电区410的遮蔽处的颜色为深，其代表在介电区420、430的遮蔽处的染色反应较在介电区420、430的遮蔽处的染色反应少。由此可知，可依据染色深浅需求对应选择微波遮罩的介电材料的介电常数。
综上所述，通过本发明的微波染色设备，可减少染色加工时间，且相较于公知使用高温高压染色处理方式，本发明可减少水及染料的使用，且可减少废水的产生，故可降低染色加工成本以及避免严重污染和破坏环境。此外，本发明的微波染色设备可通过其微波遮罩过滤微波信号产生不同的高低电场差来控制纺织物各处的染色反应，进而达到纺织物各处的着色度控制。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种微波染色设备，其特征在于，包含：
腔体，其用以盛装染液并使纺织物浸置于所述染液中；
微波信号源，用以在所述腔体的内部发射微波信号，以对所述纺织物进行染色处理；以及
微波遮罩，设置于所述腔体中且与所述染液的液面之间具有一定距离，所述微波遮罩具有微波阻隔部分和部分微波阻隔部分，且所述微波遮罩选择性地过滤所述微波信号，以改变在所述腔体内所述纺织物浸置于所述染液中的电场强度分布；
其中所述微波遮罩定义出至少一个开口，所述至少一个开口的长边至少为0.15λ，其中λ为所述微波信号的波长；
其中所述微波阻隔部分是由至少一种金属或合金组成。
2.如权利要求1所述的微波染色设备，其特征在于，所述微波遮罩的厚度小于所述微波信号的自由空间波长。
3.如权利要求1所述的微波染色设备，其特征在于，所述微波遮罩与所述染液的液面的距离介于0与5厘米之间。
4.如权利要求1所述的微波染色设备，其特征在于，所述微波信号的频率为0.915吉赫或2.45吉赫，且所述微波信号的功率密度介于0.04瓦/平方厘米与2.61瓦/平方厘米之间。
5.如权利要求1所述的微波染色设备，其特征在于，所述微波信号为脉冲式微波信号或连续式微波信号。
6.如权利要求1所述的微波染色设备，其特征在于，所述腔体的内部压力介于1.01325巴与10巴之间。
7.一种微波染色设备，其特征在于，包含：
腔体，其用以盛装染液并使纺织物浸置于所述染液中；
微波信号源，用以在所述腔体的内部发射微波信号，以对所述纺织物进行染色处理；以及
微波遮罩，设置于所述腔体中且与所述染液的液面之间具有一定距离，所述微波遮罩包含至少一种介电材料，所述介电材料的介电常数介于1与500之间，所述介电材料的正切损失介于0.0001与10之间，且所述微波遮罩选择性地过滤所述微波信号，以改变在所述腔体内所述纺织物浸置于所述染液中的电场强度分布；
其中所述微波遮罩定义出至少一个开口，所述至少一个开口的长边至少为0.15λ，其中λ为所述微波信号的波长。
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