CN110952351A - 纺织品染色方法以及经过染色的纺织品 - Google Patents
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Abstract
通过用含有2D碳纳米颗粒和/或微米颗粒的组合物处理纺织品，并用不同于所述碳颗粒的染料对纺织品进行染色，来对纺织品进行染色。
Description
本发明涉及一种将纺织品染色的方法以及用这种方法染色的纺织品。更具体地，本发明涉及一种生产包括碳颗粒，即碳微米颗粒和/或碳纳米颗粒的改性纺织品的方法。
染色是将色彩施加于纺织品的已知方法；纺织品可以是纤维、纱线，织物或服装。在纺织品染色领域中，进行“环染”的方法是已知的，根据该方法，染料被集中在纱线的外部厚度上。环染在牛仔布和其他必须在最终服装中显示“破旧”或“褪色”外观的休闲面料的纱线染色中特别有用。
已知的染色过程可能很长，并且需要几个步骤和大量的水；这种方法的一个例子是靛蓝染色，它可能需要几个步骤才能获得所需的色光。另外，已知的染色方法利用大量的水。为了减少靛蓝染色过程中的步骤数量，提出了用染料对织物进行预处理以为随后的靛蓝法提供基础或底涂层。“底涂层”应提供较深的靛蓝色光，并减少染色步骤。然而，这些已知的“底涂”方法导致所需颜色的光谱响应改变。
已经提出使用纳米颗粒染料来改善聚合物合成纱线中的染色过程。US2003/0106160公开了一种通过利用要使用的染料的纳米颗粒对合成纺织品进行染色的方法；染料纳米颗粒扩散到纺织纤维的聚合物中，并嵌入到纺织品中，即嵌入到纱线中。优选地，扩散到纤维的聚合物中的至少约60％至约70％的嵌入纳米颗粒正好存在于聚合物表面的下方。
US'160中的纳米颗粒可以是有机或无机纳米颗粒。适合使用的纳米颗粒是金属氧化物、纳米尺寸的金属、无机颜料、有机颜料、不溶性聚合物以及可以物理或化学加工成纳米尺寸颗粒的任何固体材料。在一个优选的实施方式中，纳米颗粒是炭黑。纳米颗粒的尺寸据称为1–100nm；8nm的小纳米颗粒比大的纳米颗粒提供更好的效果。合适的和优选的纳米颗粒是例如，诸如Ag、Cu、Fe、玻璃、Au和Pt之类的纳米尺寸的颗粒。US’160没有提及2D颗粒赋予染色织物特殊的光学效果。
US2008/155764公开了用于对织造或非织造的纺织网进行染色的方法。该染料是基于溶剂的染料，其包含作为附加组分的至少一种组分，该组分可以选自炭黑、石墨、氧化铝、钛和其他可能的金属中的一种或多种，包括混合氧化物，例如磁铁矿，氧化镍等。该发明也没有提及用于靛蓝和/或靛蓝衍生物的底涂层。
因此，需要一种可以解决或缓解上述问题的新型纺织品染色方法。该新方法还应简化染色工艺，以获得环染纺织品。
本发明的目的是解决上述问题，并提供一种使纺织品染色的方法，该方法比已知方法更容易且更经济地实施，并且还适于提供环染纱线。
本发明实现了所述目的，提供了一种根据权利要求1所述的对纺织品进行染色的方法。本发明的另一个目的是根据权利要求9所述的纺织品；本发明的另一个目的是根据权利要求13所述的服装；本发明的另一个目的是根据权利要求15所述的用于对纺织品进行染色的组合物，并且本发明的目的还在于根据权利要求16所述的用途。
在一个实施方式中，该方法包括制备包含碳颗粒，即碳纳米颗粒和/或碳微米颗粒的组合物的步骤。随所述组合物施加于纺织品的碳颗粒中的至少一些是“2D”颗粒，即呈“纳米片和/或微米片”或“纳米表面和/或微米表面”形状的层状颗粒。更具体地，可用于本发明的碳颗粒是尺寸为0.01至80微米，优选为0.1至20.0微米，更优选为0.5至2微米的2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒。合适的2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒是2D或薄片形状的颗粒，其优选自石墨烯薄片、石墨薄片及其混合物。可以使用光学显微镜和原子力显微镜(AFM)或通过使用湿法(将颗粒悬浮在包含乳化剂的湿介质中)的马尔文(Malvern)动态光散射来进行碳颗粒的尺寸测量。颗粒测量技术是常识，例如，如可在线获得的马尔文仪器有限公司(MalvernInstruments Limited)提供的“颗粒表征的基本指南(A basic guide to particlecharacterization)”(2015)中总结的。
措辞“2D纳米颗粒”和“2D微米颗粒”在这里是指颗粒的厚度只有几纳米且主轴的长度在几十到几百纳米或几微米的范围内的纳米和微米颗粒；合适的2D颗粒是具有如上所述尺寸的π-π堆积的多层石墨烯或石墨颗粒。
本说明书用“底涂层”或“底涂”一词定义了染色过程中在将最终颜色施加到纺织品上之前使用碳颗粒，特别是2D碳颗粒产生的涂层或其涂覆方法。
已经发现，具有上述规定尺寸的薄片状的碳纳米颗粒或微米颗粒可以粘附于纺织品的纱线的纤维，至少粘附到纱线的外层中，仅粘附在纱线上，粘附到绳或织物中，以至少在纱线的外部厚度(即在纱线的表面和内部的一部分上的环中)提供碳颗粒层。该层用作底涂层，即作为基础或基底，可以在其上沉积另外的染料。靛蓝是优选的另外的染料。
在可能的实施方式中，组合物还包含其他碳颗粒(即，如上所述的2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒以外的碳颗粒)，例如无定形碳纳米颗粒，以增强底涂层2D碳颗粒提供的效果。例如，这种非2D碳纳米颗粒是无定形碳的纳米颗粒。通过使用湿法(颗粒悬浮在包含乳化剂的湿介质中)的马尔文动态光散射法测量，这种无定形碳的纳米颗粒优选具有在1nm至1000nm，更优选1至800nm，甚至更优选10至200nm范围内的尺寸。
根据本发明的一个实施方式，用碳颗粒的组合物对纺织品处理至少一次，优选地不止一次，以提供较深的色光；优选地，该处理通过浸渍和干燥过程进行。
本发明还涉及通过上述方法获得的纺织品以及可从所述纺织品获得的服装。在本说明书中，纺织品被用于定义纤维、纱线和织物；优选地，本发明的方法在纱线和织物上进行。因此，根据一个实施方式，本发明涉及一种包含染料和多个碳颗粒的经过染色的纺织品，其中所述碳颗粒的至少一部分是2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒，其优选具有上述尺寸。
在一个实施方式中，染色的纺织品包含不同于2D碳纳米颗粒和2D碳微米颗粒的另外的染料。优选的另外的染料是靛蓝，最优选地，靛蓝作为环施加在纺织产品的纱线的截面的外部部分和表面上。这里的“靛蓝”一词包括靛蓝衍生物；用靛蓝染色是本领域已知的，在本发明中不作详细讨论。
令人惊讶地发现，具有上述尺寸的碳颗粒，特别是石墨烯和/或石墨2D颗粒，可以在处理过的纺织品上提供优异的底涂层或基础，便于染料施加到所述纺织品上；因此，所述底涂层可用于在用另外的染料进行进一步染色的步骤后获得较深的色光，而不会改变处理后的织物的光谱响应。换句话说，可以将碳颗粒用作可以在其上添加不同染料的“基底”：当将根据本发明预先用碳2D颗粒处理过的织物或纺织品用染料染色以赋予例如颜色A时，织物或纺织品表现出的相同颜色A的色光比不存在纳米颗粒的底涂层时用相同量的染料在相同织物上可获得的颜色A的色光更深。当对于织物染色，除了2D碳纳米颗粒和/或微米颗粒的底涂层外，还使用无定形碳的纳米颗粒，特别是尺寸在1nm至1000nm，更优选1至800nm，甚至更优选10至200nm范围内的无定形碳的纳米颗粒而不是使用深色或黑色染料时，该无定形碳的纳米颗粒被证实可以改善底涂层效应；有利地，无定形碳的纳米颗粒可以与2D碳纳米颗粒和微米颗粒一起使用，以通过单一组合物提供所需的深色。
因此，本发明在一方面提供了根据权利要求1所述的对纺织品进行染色的方法，其中使用了碳2D纳米和/或微米颗粒。该方法与现有技术的区别在于其使用2D纳米和/或微米颗粒，优选2D微米颗粒。根据一个实施方式，用包含无定形碳的纳米颗粒和2D碳微米颗粒和/或纳米颗粒(优选微米颗粒)的组合物处理过的纺织品不必用不同的“传统”染料进行进一步的染色处理。本发明的另一个目的是根据权利要求16所述的碳2D微米和/或纳米颗粒在染色过程中的用途。
在另一方面，本发明提供了根据权利要求3所述的染色方法，其包括如下步骤：制备包含如上所述的2D碳颗粒，优选2D微米颗粒的组合物，并将所述组合物施加于纺织品，其特征在于，所述纺织品用不同于2D纳米颗粒和2D微米颗粒的另外的染料进一步处理。在另一方面，本发明涉及一种包含碳颗粒和至少一种粘合剂和/或辅助化学剂的组合物，所述组合物被配置为将所述碳颗粒施加于纺织品，其特征在于，所述碳颗粒是2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒，其尺寸优选为0.01至150微米，优选为0.1至20.0微米，更优选为0.5至2微米。
本发明的包含2D碳颗粒的组合物包含2D碳颗粒、粘合剂和辅助化学剂。合适的粘合剂是例如基于丙烯酸盐(acrylate)、苯乙烯丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酸酯(acrylicester)、丙烯腈。合适的辅助化学剂是例如增稠剂、润湿剂、粘合剂、软化剂和消泡剂。2D碳颗粒可以从碳源如石墨、石墨烯获得，并且可以通过机械和化学剥离产生。在US2003/0106160中公开了无定形碳颗粒和相关辅助化学剂的组合物的实例，更详细的内容可以参考该文献。
施加在纱线和/或织物上的组合物的碳含量为0.1重量％至30重量％，优选为1重量％至20重量％，更优选为5重量％至15重量％。可以用本发明方法处理的纺织品主要是源自天然纤维的那些纺织品，特别是源自纤维素、再生纤维素、竹、木棉、大麻、亚麻、剑麻等的纺织品。此外，由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺(包括PA6、PA66、PA612、PA11)及其混合物以及天然和合成纤维的混合物制成的合成纤维、纱线和/或织物也可以从这种底涂层中受益。
本发明还提供了优于现有技术的几个优点。实际上，通过在纱线的外层中提供2D碳颗粒底涂层，可以在不改变纱线和/或织物机械特性的情况下使用非常薄的涂层来获得较深的色光，并且由于碳对其他化学物质(如染料)具有惰性，能够允许其他化学物质结合到纺织品以用于进一步应用。总而言之，碳颗粒包括2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒，其有利地具有0.01至80微米，优选0.1至20.0微米，更优选0.5至2微米的尺寸；这些碳颗粒可用作染料的底涂层；该染料可以是传统染料如靛蓝或其他染料；可以在施加底涂层之后将染料施加于纺织品。
现在将参考以下非限制性实施例和附图进一步公开本发明，其中：
-图1是用本发明的组合物对纱线进行连续处理的效果的示意图；
-图2是三种织物的图片，其中两种是本发明的，一种是比较例；
-图3是示出图2的织物的光谱定义的图；
-图4是无捻纱的图片，显示了在本发明的方法中如何保持环效应；
-图5是根据本发明的织物相比于两种对照织物的图片；和
-图6是示出图5的三种织物的亮度值的图。
如上所述，本发明的方法提供了制备含碳颗粒的组合物并用所述组合物处理纺织品；本发明的方法还提供了用适合于与所述纺织品一起使用的另外的已知染料对经处理的纺织品进行染色的额外步骤。额外的染色步骤优选地在用包含2D纳米颗粒和/或微米颗粒的组合物处理过的纺织品上进行；纺织品也可以用包含2D纳米颗粒和/或微米颗粒和其他碳颗粒(例如无定形碳的纳米颗粒)的组合物进行处理。
优选地，纺织品选自纱线和织物，更优选地，纺织品是纱线。可以通过绳状染色方法用本发明的组合物处理纱线；随后可以将处理过的纱线进行靛蓝染色以获得环染效果，然后可以将其用于提供织物。
通过用本发明的组合物处理纺织品，获得了底涂层，例如，底涂层为碳颗粒“环”的形式，其基本上位于纱线的外厚度或外层中，如图1所示。图1还显示了用碳颗粒组合物反复处理纱线或织物的相应结果：逐渐获得了较深的灰色/黑色色光。碳颗粒的底涂优选通过本领域本身已知的浸染法进行。
图2和图3示出了三种不同的织物，即织物A、B和C之间的比较。织物A是通过使用包含2D碳颗粒的组合物并通过用靛蓝进行另外的染色步骤而根据本发明方法染色的织物；织物B是仅用靛蓝以传统方式染色的织物，而织物C是仅用本发明的组合物处理而没有另外的染料处理的织物。图3显示了从德塔光谱设备(Datacolor Spectrum Equipment)获得的织物A-C的K/S读数(K/S是频率的函数)。点划线显示了用根据本发明的碳颗粒组合物处理的本色织物C的K/S值。
注意到2D碳颗粒，特别是2D微米颗粒，使得材料的吸光度在可见光谱内几乎平坦。虚线是织物B的光谱响应，所述织物B即在本色织物上进行了传统的靛蓝染色的织物；实线表示织物A的K/S值，织物A即本色织物C首先用碳源底涂然后用靛蓝染色得到的织物。由于底涂层具有平坦的吸光度，因此可以在不改变所需颜色的光谱响应的情况下实现更深的色光，并且无需使用更高浓度的染料本身(在这种情况下为靛蓝)，而如果使用传统的染色体系和方法则高浓度的染料是必须的。
图4示意性地示出了用本发明的方法在用碳2D颗粒处理并进一步用靛蓝染色的纱线上可获得的环效应。图片显示了部分未加捻的碳+靛蓝染色纱线，其中染色的外纤维和白色内芯清晰可见。由于根据本发明可获得的增强的环染色效果，根据本发明的织物在洗涤和其他已知的整理处理(包括漂洗、酶洗和石洗)后，可提供比已知织物更广泛的效果。
实施例1
用本发明的组合物对五种织物进行连续的浸干处理，以提供碳颗粒即石墨烯颗粒的不同底涂层。碳颗粒的底涂是通过浸干法进行的。组合物中石墨烯的浓度为3,7g/L。用作顶部(即另外的)染料的制剂中的靛蓝浓度为含靛蓝制剂的1,10重量％。
石墨烯颗粒是尺寸在0.5-2.0微米范围内的2D纳米颗粒和微米颗粒。石墨烯组合物是基于水的；除纳米颗粒和微米颗粒外，该组合物还包含2g/L乳化剂、10g/L粘合剂、5g/L增稠剂、5g/L润湿剂、20g/L软化剂和0.5g/L消泡剂。
所有样品均在相同的石墨烯颗粒组成下处理；织物样品#1仅浸干一次，而样品#2浸干两次，样品#3进行三次处理，样品#4进行四次处理，样品#5进行五次处理。
随后将所有五个样品用相同的靛蓝染色处理进行染色，该处理也在未处理的织物(参照织物)上进行。
获得了L*的绝对值(通过德塔(Datacolor)分光光度计测量检测到)：每次浸干处理通过各连续处理使织物的色光更深，其中参照的L*值为25.9，样品1-5的L*值从25.0降低到23.8。
图5示出了三种织物的图片，其中包括靛蓝染色织物F作为参照，织物F是在没有任何预先处理的情况下用靛蓝对织物进行染色而获得的。织物E是根据本发明处理的织物，即具有如本实施例中公开的石墨烯2D颗粒底涂层并用靛蓝染色的织物；对照织物D用除碳颗粒之外的其他化学物质，即辅助化学剂(润湿剂，软化剂等)处理，以为靛蓝提供底涂层。
如图6中所示的亮度(L)值还表明，由于碳源的存在，织物的色光变深。加深织物(E)比参照靛蓝染色织物(F)深8,4％，而对照织物(D)则比参照浅2,2％。
从上面可以清楚地看出，在染色方法中，在施加染料之前先用2D碳微米颗粒和纳米颗粒(尺寸范围优选为0.5到2.0微米，即500纳米到2.0微米的2D颗粒)对纺织品进行处理，可以为该方法提供多个优点。也就是说，由于2D碳纳米颗粒和/或微米颗粒所提供的颜色基础或底涂层，使得染色方法中所用的染料、水和化学品的消耗较低。同时，通过使用本发明的碳颗粒不会损害纺织品的最终颜色。
Claims (16)
1.一种将纺织品染色的方法，其包括以下步骤：制备包含碳颗粒的组合物并将所述组合物施加于纺织品，其特征在于，所述碳颗粒的至少一部分是2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述碳颗粒的尺寸为0.01至80微米，优选为0.1至20.0微米，更优选为0.5至2微米。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括用至少一种不同于2D纳米颗粒和2D微米颗粒的另外的染料对所述纺织品进行染色的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述染料包含靛蓝或靛蓝衍生物，所述靛蓝或靛蓝衍生物被施加于所述纺织品，当所述纺织品是纱线时，优选通过绳状染色法施加，而当所述纺织品是织物时，优选通过染色法施加。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述包含碳颗粒的组合物不止一次地施加于所述纺织品。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纺织品选自纱线和织物。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在整理步骤中处理所述织物的步骤，以除去至少所述另外的染料的一部分，优选除去所述碳颗粒的一部分和所述另外的染料的一部分。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碳颗粒选自石墨烯、石墨和它们的混合物。
9.一种能够由如前述权利要求中任一项所述的方法获得的染色纺织品，其包含尺寸在0.01至80微米，优选0.1至20.0微米，更优选0.5至2微米范围内的多个2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒。
10.如权利要求9所述的染色纺织品，其还包含不同于碳颗粒的另外的染料。
11.如权利要求10所述的染色纺织品，其中，所述另外的染料包括靛蓝或靛蓝衍生物。
12.如权利要求11所述的染色纺织品，其中，至少所述纺织品是环染的。
13.一种服装，其包含如权利要求9至12中任一项所述的纺织品。
14.如权利要求13所述的服装，其中，所述另外的染料的一部分已经从纺织品中去除，或者所述另外的染料的一部分和所述碳颗粒的一部分已经从纺织品中去除。
15.一种用于如权利要求1至8中任一项所述的将纺织品染色的方法的组合物，其包含碳颗粒和至少一种粘合剂和/或辅助化学剂，所述组合物被配置为将所述碳颗粒施加于纺织品，其特征在于，所述碳颗粒是尺寸为0.01至80微米，优选为0.1至20.0微米，更优选为0.5至2微米的2D纳米颗粒和/或2D微米颗粒。
16.2D碳纳米颗粒或微米颗粒在纺织品染色方法中的用途，以提供用于施加染料的底涂层。
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