CN111417310B - 改进的环染方法及其制备的材料 - Google Patents

Abstract

由圆形横截面材料形成的棉纱材料制成的牛仔布材料，其中，棉纱材料的外周区域为该圆形横截面的总深度的10％～35％。所述外周区域已经化学方法清洁，而内部区域和所述棉纱材料未经清洁并具有其原始的蜡和杂质。所述棉纱经清洁的外周区域经染料染色。该染料更多地渗透到为圆形横截面总深度的10％～35％的经清洁的区域中。相反，与染料在经清洁的所述区域中的渗透相比，其更少地在内部区域渗透。该棉纱材料与其他棉纱材料编织在一起，其中，所述纱线材料的经纱捻度约为4.4～4.6捻/英寸，纬纱的捻度为4.9～5.1捻/英寸。

Description

改进的环染方法及其制备的材料

本申请要求2018年11月7日提交的美国临时申请号62756853的优先权。该临时申请的全部内容通过引用合并于本文。

背景技术

棉质牛仔布材料大约在1500年代在意大利热那亚得以发明。从此，牛仔布便用于制造牛仔服装和家居用品。牛仔布的用途和外观已随其生产文化的需求而发生变化。几十年来，牛仔时装一直在寻求相互冲突的目标，包括深色牛仔布织物，这些深色以后将通过在干织物上进行昂贵的处理或通过服装洗涤将其全部或部分去除。获得深色使染料更好地粘附在纱线上，但是需要稍后使用不可持续的水、化学、能源和体力劳动资源来将该相同的材料清洗或磨损成浅色，这给环境和制造商造成了难以想象的负担。

牛仔布涉及许多织造模式实践，但最常见的是在经纱染色的地方，纬纱则是其原始颜色或白色。传统牛仔布工艺的标志性特征是将白色经纱浸入靛蓝和/或硫磺染料中，但该染料并不完全渗透纱线直径。之所以将其命名为“环染”，是因为它旨在在白色芯上留下靛蓝环。这本身并不一定会产生标志性的外观，而是接触化学物质和/或物理磨损(真实的或人为的)，靛蓝或硫磺染料被去除以产生各种外观，这通常会导致常见的深浅色相间的高低对比外观。

图1示出了被染成深色然后通过干法和湿法处理以选择性去除颜色的服装示例。

这种人工磨损或化学处理往往会导致全部或部分先前染色的纱线露出白色芯或减少原始阴影的深色区域。由于反复经受磨损、洗涤和干燥，所以服装通常具有独特的风化外观。一段时间后，反复装同一个钱包的口袋可能会由于穿戴者反复长时间坐、骑、跑、站立或躺下，钱包压在纱线上的地方会经受增加的磨损。这种增加的接触性磨损通常导致在该特定区域中染料去除率提高，从而导致产生具有颜色较浅或实际上为白色(或接近白色)的钱包状图案的服装。通常寻求的属性是某些区域看起来颜色很深，但是其他区域以所述的自然磨损方式变浅的服装。这些磨损图案或接触化学物质通常会复制在专为零售消费设计的服装上。牛仔布的这些特征倾向于使穿着者个性化的服装。

几十年来，服装业一直在努力应对服装的需求，以深沉的色彩开始产品周期，并且仍然容易提供各种颜色损失的外观。由于牛仔布涉及纺线(开放式纺或环锭纺)，纺线基本上是将白色纱线染色以得到行业所需的深沉色彩，因此牛仔布工厂一直在开发技术，以更好地将越来越多的靛蓝和其他染料应用于经纱。这种研制发生在染色工艺的前期步骤。纺棉经纱开始于简单地未清洗的天然杂质和未染色的棉纤维，其是天然的，且基本上是白色的。纺纱经纱线通过通常被称为“染色机组”(dye range)上的一系列步骤进行加工。经纱在经轴类型的染色机组上被特别处理，或更普遍地在所谓的绳状染色机组(arope range)上进行处理。在绳状染色机组上，将单根经纱捆扎成大约350～400根平行纱线的组，而不会捻成一团。棉花是天然生长的纤维，会接触有机和无机污染物和碎屑。伴随生长田地中的天然污染物，还有覆盖棉纤维的植物性细胞壁蜡。这些污染物和蜡作为屏障阻碍化学和染料渗透纺纱。因此，标准实践是在染色机组的早期步骤中彻底清洁纱线。

该预染色工艺通常称为精练。经纱经过俗称的精练浴，以去除天然污染物和蜡。现有技术教导，为了获得所需的深色，精练剂必须尽可能完全地渗透纱线以除去蜡和杂质，这样染料就可以在纱线上深层积聚。通常认为染料的这种深纱渗透是获得所需深染料颜色的唯一方法。但是，这样做会引起其他问题。

通过使用高温(传统上约为70-80℃)和大量使用化学品，可以促进精练剂的渗透。这些化学品通常包括浓度约为8g/L的润湿剂和浓度约为180g/L的苛性碱(50％NaOH)。含有润湿剂的高温苛性浴会使纱线溶胀，以便更好地去除先前提到的污染物、碎屑和蜡。经受精练浴后，纱线将通过一系列加热或充满蒸汽的辊子进行处理，以提供高温停留时间，使化学物质在漂洗前可以渗透和清洗。传统漂洗包括使纱线通过三个传统的净水漂洗桶，然后最终在进行染色前通过一组轧辊进行处理，以挤压多余的水和化学品。

染色工艺基本上分为两个步骤，并根据需要重复进行，通常为5～12次。在第一步中，牛仔布的经纱通过浸渍(dipping)或浸泡(immersing)入覆盖牛仔布的靛蓝染料浴中进行处理。该染料浴涉及高温(～60℃)化合，基本不含氧气，当与苛性NaOH和连二硫酸钠(Na₂S₂O₄)配对时，会导致通常不溶的靛蓝变得可溶(称为染料浴桶中的“隐色状态”)。高热量和苛性碱(50％NaOH)是为了使靛蓝进一步渗透到经纱中。在染色步骤之间，纱线再次穿过一组轧辊以从纱线中挤出多余的染料溶液。对于第二个染色步骤，牛仔布进行“透风”(“skyed”)。“透风”可以理解为是指将纱线浸泡入靛蓝浴后，它们被悬挂在一系列的辊子之间，并接触氧气一段时间。接触氧气之后，当染料恢复其不溶状态同时覆盖在棉纱上时，会将染料“固定”在纱线上。相对于“透风”所花费的时间，在染料浴中所花费的时间通常被称为浸泡:氧化比(immersion:oxidation ratio)。数十年来，先前的标准实践规定，最佳的氧化时间以1:6的浸泡:氧化比进行。重复这些步骤，因为单次接触靛蓝染色和随后的氧化时间仅能最小程度地包覆纱线，从而导致颜色变化略深。染色工艺的重复增加了留在纱线上的靛蓝的量，因此使纱线变暗至所需的色调。每种染料的添加通常称为浸渍。

在将纱线暴露于适当数量的染料桶中并进行随后的透风步骤之后，将纱线穿过水桶，通常是2～4个水桶进行漂洗，然后通过一组轧辊进行处理以去除多余的水分，然后将其通过加热滚筒(heated drums)烘干。染色后的经纱通常在染色机组的后期步骤或在另一个单独的机组上用保护材料进行涂覆(也称为“上浆”或“浆纱”)，然后再通过加热滚筒进行干燥并重新成束单个经纱。浆料可以由大米淀粉、玉米淀粉或马铃薯淀粉或合成化合物(例如，聚乙烯醇(PVA))组成。淀粉为经纱提供抗张强度、光滑的表面和润滑作用，以减少在编织过程中断裂的纱线数量。或者，可以将浆料应用到专门为此设计的浆纱机上。

然后将染色的纱线与传统上未染色的纬纱编织在一起。编织后，许多产品都经过编织后精加工的不同步骤。

发明内容

通过实验和分析，发明人发现了一系列具有创造性的牛仔布工厂环染方法变更，能够解决服装行业相互冲突的目标，并且闻所未闻的好处是降低了牛仔布工厂以及服装精加工和洗涤(洗衣)装置的成本和环境影响。

附图说明

图1示出了不同种类的水洗牛仔裤；

图2示出了非均匀染料渗透的示意图；

图3示出了均匀染料渗透的示意图；

图4示出了用高锰酸钾处理的牛仔布磨损；及

图5示出了典型的染色处理方法。

具体实施方式

发明人认识到，在现有技术中将染料颜色与染料的纱线渗透深度相关联不会产生本发明的益处。现有技术和标准的牛仔布环染工厂实践为将靛蓝深入纱线中创造了机会。然而，与这种公认的实践相反，发明人意识到仅清洁纱线的外周，同时使纱线的芯部充满原始蜡和杂质的重要性。该新颖的发明构思阻止了染料渗透到白色纱线芯部中，因此与常规实践或现有技术相比，保留了更大的白芯部分。发明人认识到，尝试通过各种方法保存白色芯的附加好处是还保持了芯的圆形形状，以实现牢度更均匀或染料在纱线上更“固定”。虽然保持圆形形状可实现更高的牢度均匀性，但是并不一定可作为独立步骤而无需本文还讨论的其它操作即可提高牢度。

圆形芯的其他优点将稍后在本说明书中进行扩展。

本发明的一实施例开始于纱线步骤。纱线是加捻的，捻度计为每英寸上的捻数。传统上，较低的捻系数(twistmultiple ratios)是有利的，因为较低的捻系数可产生较低的纱线密度，而较低的纱线密度又可使对纱线芯进行更大程度的精炼并使染料更渗入纱线芯的深度。传统染色经纱的常规捻系数可以是3.0～4.5，纬纱的常规捻系数为4.0～5.0。如本发明中所公开的，发明人发现了通过最小化精练和/或染料渗透来保持白芯的新价值，因此，本发明独特地有利于相对较高的捻系数。增大的捻系数增加了纱线的密度，使蜡和杂质难以去除，特别是难以从内芯去除。本发明的一实施例是实现有利的高捻系数，例如，经纱捻系数为从约4.4到约4.6或更高，纬纱的捻系数为从4.9到5.1。发明人发现这些较高的捻系数可降低精练步骤和染料浸渍步骤中的渗透性。

发明人对现有技术和传统概念的精练提出了挑战，随后实现了令人惊讶的益处。利用现有技术的实践进行精练包括用于彻底去除蜡、碎屑和杂质的几种方法。本发明的方法用于彻底但侵入性最小的精练，但仅用于纱线外表面。这种独特的概念首次使纱线外缘经过精练，同时保留了蜡质的、耐染料的芯。因此，在染色过程中进行磨损以及最初的石头、酶和漂白衣物的洗涤过程中，靛蓝染料可以更轻松地从纱线外缘去除。

仅此一项就可以显著节省牛仔裤洗衣过程中的间接费用、水、能源和化学药品。

另一实施例是精练温度的变化。在一实施例中，该精练将温度从常规的70℃降低至约30℃或甚至室温。

本发明的另一实施例是减小精炼步骤所用化学药品的浓度。精练桶中的润湿剂浓度从传统使用的约8g/L降低到约2g/L。对纱线渗透的精练过程至关重要的苛性碱也从传统的约180g/L的桶浓度降低到约60g/L。

另一实施例是减少在精练桶中的浸泡时间。该浸泡时间可以通过如下方式减少：1)跳过辊子，2)更改辊子的路径，3)降低辊子的直径，4)拆卸辊子，5)相对于精练桶的尺寸减少化学药品的总体积，或6)任何其他减少在精练桶中的浸泡时间的做法。一实施例为，跳过辊子或改变辊子路径包括完全跳过精练箱(scourboxes)。这些实践中的每一种都与常规的环染或绳染或靛蓝染料厂实践中公认的实践相反。然而，这些发明构思中的任何一个都改变了精练深度和程度，并且可以导致大大改善牛仔服装的洗涤过程。在可持续性、节省成本、用水、能源、化学药品使用和洗涤时间方面，采用某些或所有这些相反的做法对牛仔服装的洗涤过程具有显著的影响。

取决于工厂的需求，可以对温度、浓度、化学药品、浸泡时间等进行不同的调整和变化，但目标仍然是相同的，即对纱线外缘进行精练，同时保持蜡质抗染芯。

本发明的一实施例限定了减少在精练桶和漂洗步骤之间的停留时间并降低其间的温度。如上所述，传统上，纱线经受精练桶，然后通过一系列加热的辊子。

在一实施例中，目的只是精练纱线的外缘，同时保持具有较高密度的抗染蜡质芯，该实施例包括显著减少停留时间和降低辊子温度。所述辊子温度可从约70℃降低至约30℃，或甚至室温。另一实施例是通过跳过一些辊子、减小辊子的直径、去除辊子或缩短辊子之间的跨度来减少停留时间，这些辊子与精练和精练漂洗(scourrinsing)步骤之间的停留时间有关。当在该步骤用于停留时间的辊子的数量从6减少到3时，停留时间减少，这导致停留时间从约60秒减少到约30秒。在该实施例中，辊子上的停留时间是指纱线从一个罐到另一个罐通过的辊子。

传统上，精练化学药品的漂洗包括3个漂洗桶。发明人经历了在重复接触水的情况下染料渗透增加，因此，本发明的另一实施例是将漂洗步骤从3个减少到2个甚至是1个。接触水的减少和温度的降低是一个重复因素，每个步骤都应涵盖。

在整个练染过程中，经纱都要接触一系列化学药品。无论是精练、漂洗、染色还是上浆，都是通过使化学药品暴露于大桶中来对其进行施加，这些桶在不同程度上浸湿纱线。为了去除多余的化学药品，生产过程包括多个轧辊或挤压辊。纱线被夹紧在轧辊之间，从而产生绞拧和挤压作用，由此减少纱线上的水、化学药品或染料的体积。在纱线进入新的浸泡步骤或停留和氧化步骤之前，轧辊将精练剂和染料挤出。精练可以减少停留时间，染料桶可以减少停留时间，并且可以增加氧化。传统目标是最大程度地精练并最大程度地渗透染料。所以，轧压保持相对较低，约4bar，从而允许相对大量的化学药品或染料继续滞留在纱线上。但是，本发明又一次与现有技术背道而驰，使得本发明的另一实施例是在整个精练、染色和漂洗步骤，将轧压增加到约5.0bar至最高7.0bar的范围。这种增加的轧压通过减小各步骤之间每种化学药品或染料的体积而起到减少精练剂、水或染料渗透的新作用，这是本发明的一实施例。

对纱线进行纺丝、精练、漂洗和通过扎辊挤压后，将其引入第一靛蓝或硫化染料桶。传统做法延续了最大染料渗透率的主题。传统的染料桶在约60℃的温度和11.0～12.5的pH范围下运行。连二亚硫酸钠(用于还原或使靛蓝溶解)的含量保持在约1.0～2.0g/L之间，毫伏保持在680～710范围内。这些变量中的每一个都会产生一个更有助于靛蓝或其他染料渗透到经纱芯部的染料桶-与我们的发明完全相反，本发明旨在限制这种渗透，以便在牛仔服装的干燥过程和/或洗涤过程中实现明显的好处。

应用减少染料以及其他化学药品的纱线渗透的新方法，本发明的另外几个实施例与染料桶步骤有关。一个这样的实施例是将温度从传统的约60℃持续降低至约30℃或甚至室温。另一实施例是将温度进一步降低至室温以下。还一实施例是较窄的pH范围，该pH范围理想地为12.0～12.5，但是容许在11.0～12.5的范围。

不同的连二硫酸钠含量是本发明的一个实施例，因为它们保持在0.8～1.2g/L的较低且较窄范围内。另一实施例是苛性碱的含量，其从约5.0g/L增加到约5.5g/L，以抵消连二硫酸钠降低的含量，该实施例中，毫伏略高于传统水平，从约680～710的范围到约680～775的范围。

另一实施例是靛蓝本身的性质。传统上，工厂使用预还原的20％～40％隐色靛蓝糊(leuco indigo paste)将产品染色。发明人使用未经预还原的染料块或靛蓝粉末形式发现了令人惊讶的结果。发明人发现，染料盒中这种新的化学状态最有利于使纱线外缘完全饱和，同时使蜡质非纯的芯部具有更均匀的形状并呈白色或自然着色，这在本发明中是至关重要的。使用传统精练技术的传统的染色技术导致靛蓝占经纱重量的约2.0％，而在本文中共享的本发明技术的应用导致靛蓝占经纱重量的0.75％～1.25％，这是明显的且最不寻常的减少，同时在经纱外部仍保持相同的深色外观。这种重量的减轻也是本发明的另一实施例。

连二硫酸钠(或连二亚硫酸钠)目前是用作靛蓝还原剂的常见化学药品。调整连二硫酸钠的量以降低纱线的开放度，同时仍然能成功地使靛蓝处于“隐色”还原状态。另一实施例是以一定的体积和浓度将单糖和/或二糖作为还原剂的实施，其实现了与所公开的还原式染料化学作用平行的结果，无论是否打算复制所公开的发明。当以实现与本发明所公开的关于还原剂的相同的目的的方式使用果胶时，果胶作为还原剂的发展是另一实施例。还一实施例将涉及所公开的还原剂的组合，或者甚至当以达到类似结果的方式使用时，甚至涉及尚未发现、实现或实施的还原剂的使用。有目的地避免纱线染料渗透超出外缘是一个实施例。在一实施例中，该外缘可以被定义为在10％～35％的深度内渗透。

在另一实施例中，染料渗透芯部，但几乎没有或没有牢度，但是应完全避免一定的百分比以用于精练。

在实施例中，不渗透到芯部是指染料对芯部的渗透较少。有些染料可能仍会渗透到芯部，但量足够小，以至于染料不会使芯部着色。关于“精练剂是否渗透芯部”尚有合理令人信服的辩论空间，但由于涉及其他变量，其效率较低。

经纱在染缸中经过浸泡步骤(包括大桶内的一系列辊子)后，然后如本说明书中所公开的，所述纱线再次通过加压的轧辊。

在所述轧辊之后，所述纱线将经受“透风(skying)”过程。在此步骤中，涂覆有可溶性“隐色”靛蓝状态的纱线在流通的空气中停留，使靛蓝氧化并在其恢复到不溶状态时将其“固定”在纱线上。传统上和经过多年使用绳染机组的经验，人们认为浸泡与氧化的理想比例为1:6。发明人进行了试验，随着继续的氧化时间或超过该常规比例的氧化，牢度或靛蓝在纱线上的固定大大增强。本发明的一实施例是增加氧化时间以使该比率转变成高于1:6。比例由1:6到1:15，可产生更好的结果。氧化时间的增量增加大于1:6视为本发明的一实施例。

使纱线接触染料然后将其氧化的这个循环可以重复多次-甚至8次或更多次。在染缸箱之后，纱线再次通过轧辊，然后再经过最后的漂洗步骤。现有技术再次要求使纱线反复接触水，大部分染色机组具有2～4个漂洗桶，所有这些漂洗桶都是常规使用的。本发明的一实施例是进一步减少纱线与水的接触，并消除除一个漂洗循环以外的所有漂洗循环，因为施加在所述经纱上更低重量含量的靛蓝被完全氧化，在进行上浆操作之前通过轧辊。常规方法和处理技术将包括使用所有可用的漂洗罐。这样，漂洗罐的数量从4减少到3，从4减少到2，和从3减少到2或1也将有资格作为本发明的实施例。

上浆(或浆纱)传统上是通过另外的缸浸泡过程将天然淀粉施加到纱线上，该另外的缸浸泡过程可以在靛蓝染色机组上，但其通常是单独的设备精加工机组。向纱线施加淀粉或聚乙烯醇(PVA)可以增强经纱的强度、用作润滑剂、并在剧烈编织过程中平滑经纱表面，从而减少物理应力和断裂。最常用的淀粉包括马铃薯淀粉、大米淀粉和玉米淀粉，但合成蜡和PVA可以完全使用或用于补充淀粉。本发明用所有这些普通淀粉产生了大大改善的纱线染色质量，但是由于玉米淀粉的保护涂层具有增加的粘度和提高的耐久性而成为优选的淀粉。出于这个原因，单独施用玉米淀粉并不是新型技术的，但是由于它是该公开的方法的补充，因此考虑到其他因素或当与本发明中公开的其他实施例一起使用以获得更好的染料渗透、保留和芯部相对白度的特性时，这是本发明的实施例。

在上浆桶中浸泡并再次通过轧辊之后，在一系列加热的辊筒上对纱线进行处理，以干燥单根经纱，然后将经纱分开以卷绕到织机经轴上。然后将这些织机经轴上的染色的经纱与具有所需外观的纬纱一起进行织造。

至此，纱线已经过纺丝、精练、漂洗、反复染色和氧化、漂洗、上浆处理及现在提到的编织。许多牛仔产品在此步骤完成。大多数都经过进一步精加工处理。

传统的精加工步骤可始于织物丝光处理。织物丝光处理涉及相对高浓度的氢氧化钠苛性碱(50％NaOH)约300g/L，在温度高达70℃时约为42波美度。这种高剂量的苛性碱会剥去先前实施上浆的牛仔布的一层，并可根据应用为材料提供光泽以及增加材料的拉伸强度。另一个额外的好处是看起来似乎在芯部徘徊但没有固定在芯部上的染料似乎被去除了，从而形成了一个更白的芯部。传统的丝光处理本身并不是新的，但是当用于增强本发明的其他实施例时，它本身就成为补充的实施例。

与丝光处理有关的另一实施例包括将苛性碱溶液的温度从典型的约70℃降低到室温至50℃的范围。本发明的织物丝光处理的另一个好处是，由于很少或没有淀粉可以防止渗透到白芯中，激光蚀刻得到了极大的改善，这是一实施例。而且，激光灰会减少，从而在湿法处理中更容易去除。除了减少停留时间和减少与水的接触外，降低温度非常重要，因为它易于使纱线更容易接受诸如精练剂和染料等化学药品。

精加工的另一个传统步骤是将牛仔织物偏斜或扭转。使织物接触通常为45℃～50℃的水，然后将其拉出，以确保纬纱相对于布边略微倾斜移动，以补偿天然棉在洗涤后移回中间位置。在这个步骤也可以改进本发明的新颖性。本发明的一实施例是降低在偏斜/扭转机组阶段使用的水的温度。本发明的又一实施例是完全跳过偏斜/扭转步骤以摒弃接触高温水。

精加工的另一个传统步骤包括防缩处理(sanforization)。防缩处理包括使牛仔布材料接触蒸汽或热水(70℃或更高温度)，然后在经高压胶辊压制的同时在蒸汽加热的钢辊上轧制。防缩处理减少了随后的缝制、工业洗涤、磨损或消费者洗涤过程中出现的经向收缩。本发明的一实施例跳过防缩处理，以通过减少与水的接触促进本发明的益处。

牛仔布在牛仔布工厂织造完成后，大部分将被送去进行服装制造。服装制造涉及裁剪、缝制，然后是干法处理和服装洗涤过程。干法处理是一系列不涉及或仅需很少水的过程的通用术语。干法处理可包括喷沙(大多数标签不再允许)、用砂纸手工打磨、激光磨旧处理，及激光、刀、旋转刷工具、树脂的施用及漂白粉摩擦等造成的破坏。湿法处理通常涉及使用对环境具有挑战性的量的水、以及许多化学药品和研磨性物质(例如，浮石)。在本发明中首次引入的发明构思可以显著降低每件服装0.50美元～1.00美元的湿法生产成本，并有可能进一步节省成本。减少水、石材、辅助化学药品、酶和减色剂的用量，以将牛仔裤洗涤到先前确定的标准将是重要的，并且将产生市场一直所渴望的新的环境和可持续性收益。另外，激光和臭氧处理将更快地从由本发明生产的牛仔布中去除靛蓝和硫磺色，因为激光或臭氧将不必渗透到芯部。早期结果表明，利用这些创新概念，激光磨旧一条牛仔裤的时间可以减少一半。

为了在纱线上获得理想的深色，牛仔布工厂要消耗大量的能量和化学药品，以使染料的渗透性和牢度最大化。湿法和干法工艺的主要目的通常是去除、减轻或改变染色厂使用的这些靛蓝和硫化染料。本发明涉及减少工厂中的化学药品和水的使用、以及节省能源成本，因为各种浸泡罐很少被加热或根本不被加热。因此，这些发明构思出人意料地降低了工厂和服装处理洗衣房的成本。

传统的精练和染色方法集中在用染料打开和渗透纱线上，但是染料的纱线渗透是不可预测的。随着渗透率的提高，这种不可预测性会增加。这导致了该行业苦苦挣扎的另一个问题。用传统染色的棉质牛仔布制成的服装经常要经过大量的湿法处理，以选择性地减轻阴影。染料的过量纱线渗透的逐渐增大的不可预测的性质导致，与纱线的形状相比，就染色区域的形状而言，被染色的纱线均具有过大的不均匀性。图2为与纱线的形状相比，在染色区域的形状方面具有过大的不均匀性的纱线的外观。

涉及染料渗透过大、不均匀的一个问题是干法加工。对于一系列紧密相邻的具有很大不同程度的染料渗透的纱线，尝试使用喷洒的漂白剂、手工打磨、旋转刷洗、激光加工、臭氧或甚至水射流喷射进行磨损通常会产生不利的结果。某些纱线可能会在染料渗透率达到10％的区域磨损，而其他纱线(或同一根纱线的其他区域)的染料渗透率可能高达60％。该磨损过程无法解决染料渗透率的变化，因此，某些特定批次中的某些纱线原本应具有50％的褪色效果，可能会有80％的褪色效果，而其他纱线则可能根本没有任何颜色变化。靛蓝或硫化染料渗透的这种不均匀性质以及需要部分暴露染深色的经纱的白芯会导致暴露的经纱的拉伸强度和撕裂强度受损，从而降低牛仔服装的整体强度和寿命。

本发明的另一实施例是显著更均匀的染料渗透和牢度。这些术语是有目的的组合在一起的。

当牢度均匀时，不均匀的染料渗透就无关紧要。由于蜡质芯部，位于牢度不高的区域的染料很容易漂洗掉，因此微不足道。这种均匀性可以理解为是指染料以遵循给定经纱外表面轮廓的形状经历相似的渗透和氧化固定。图3是一个染料渗透和固定遵循纱线的外缘的纱线的示例。在该实施例内的重要区别是耐洗牢度是均匀的。从染色机组加工的纱线可能在芯部存在染料，但是经受苛性碱浸没(例如，在丝光处理中)，甚至常规洗涤步骤都将除去存在但未固定在纱线内部的染料。这些松散的染料位于纱线的芯部或附近，并且没有通过氧化步骤适当地附着在经纱上，因此可无害且容易地将其洗掉。这与传统加工的纱线相反，由于整个本发明公开内容所述的原因，对于传统加工的纱线更可能昂贵地去除对芯的内部区域内的部分的牢度。

在本文中描述的本发明包括靛蓝染料，但是实施例也涉及其他染料，包括诸如硫磺染料，其他还原染料和其他染料。在靛蓝染色之前，可以在染色机组内引入硫黄染料。这通常被称为硫黄打底(sulfurbottom)，并且当与该公开发明配对时，将提供大部分(＞60％)的白色芯。使用本发明的硫染料桶是一个实施例，并且由于它们使用相同的硫氢化钠作为还原剂，因此条件与本发明内公开的条件一致。与靛蓝有关的贯穿本发明的轧压和氧化时间也适用于硫和其他染料。

在施用靛蓝染料后，可以使用硫磺染料。这通常被称为硫磺打顶(sulfurtopping)。与本发明有关的硫磺打顶施用相关的条件与硫磺打底或纯靛蓝染色的条件一致。

下表1提供了许多公开的实施例之间共享的许多信息。

表1.CleanKore vs常规参数

发明人相信，由于多种原因，这些实施例对于纺织工业是革命性的。降低化学药品的浓度，再加上与染色有关的总用水量的减少，为工业征税的水系统提供了急需的救济。除了使用更少且更安全的在许多限制物质清单(RSL)上的化学药品之外，化学药品的减少还涉及到运输和存储这些化学药品的物流费用的节省。降低精练的化学刺激性会带来额外的好处，因为降低了污染率，从而降低了所涉及的水的周转率，从而使废水处理变得更容易，也可以在其他工厂工艺中重复使用。除了减少水和化学药品外，关键的成本节约因素是时间。在增加单位时间的洗涤负荷数量并因此增加洗衣过程的生产量方面，实现标准洗涤模式的时间的减少可能是非常显著的。相关的成本节省在行业中可能是巨大的，而且是前所未有的。

轧压的增加涉及在精练、染色、漂洗、上浆和织物精加工操作步骤中使用的化学品的更大的保留。由于减少了必须在废水处理装置中处理的刺激性化学药品的使用，因此这种新颖的实施例单独对整个过程有利。

此外，通过减少染料的纱线渗透的实施例更好地保留了白色芯，这大大降低了对用于去除颜色以露出白芯的化学和物理方法的依赖。纱线染色区域形状的均匀性极大地改善了牛仔布的美观性，从而使织物和服装的次品数大大减少。减少染料渗透对激光系统或手动打磨的速度和/或效率产生显著的影响，最高可达50％，从而产生通常复杂的磨损图案，如图1所示。

除了提高磨损和洗涤过程的效率之外，发明人还意识到该公开的技术可能是消除高锰酸钾的一个贡献因素。高锰酸钾(PP)通常用作局部或全局漂白剂，在服装行业中认为，对付牛仔布行业常规生产的多余染料渗透PP是必需的。图4中显示了PP被用作漂白剂来增强磨损的示例。

当用物理方法去除靛蓝以显示白色芯的方法失败时，通常使用PP。PP不仅对使用它的劳动者是危险的，而且涉及额外的洗涤和废水处理步骤，导致全世界每年为此目的使用数百万加仑的水。另外，PP与靛蓝反应可产生可快速形成邻氨基苯甲酸的靛红，而邻氨基苯甲酸会与所处理的物品一起泛黄。公开的本发明的实施例涉及非常浅的染料环(靛蓝或硫)，其可通过常规的衣服磨损方法被更一致地成功去除。因此，本发明的主要优点和实施例是消除或大大减少PP的使用，并由此显著降低成本。

以下各段落概述了这些要点以及新的其他主题：

在经纱染色之前，将经纱捻系数提高到5.0～5.3，以增加纱线密度、进一步限制表面积、并加强纱纤维光缆效果。

将纬纱/填充纱捻系数提高至6.5，以提高设计美感，我们认为这将提高经纱的斜纹线，从而增加洗涤磨损对比度或产生独特的设计效果。

白芯技术通过减少化学药品消耗节约成本，在精练和氧化步骤降低温度而节省能源，同时改善了产品的美感和质量，为纺织厂带来了许多好处。

所生产的服装和物品的制造商使用“CleanKore”技术，通过大大减少清洗时间，从而在湿处理步骤节省了可观的开销和化学消耗。这样可空出昂贵的大型洗衣机和空间，并在减少环境影响方面取得了长足的进步。

尽管如此，这种“CleanKore”技术为纺织行业带来的积极影响中，很大一部分仍可处于干法加工阶段。传统上，干法加工需要大量实施手工打磨操作。操作员努力地手工磨损服装，而通常宽松地遵循设计师原始样式的简化版本。操作员疲劳，重复受伤，员工流失率高，操作员之间不一致，个人防护设备、健康和安全监控以及喷洒高锰酸钾的必要性，所有这些都使手工打磨成为获得磨损外观的昂贵必需品。

这种“CleanKore”技术与RevoLaze的专利激光技术相结合，将更好地改变制造格局。几十年来，与劳动者一样，激光器一直在与纺织品的传统染色技术作斗争。工厂中过多的染料渗透需要过多的人工或激光能量，才能去除必要的靛蓝或硫磺染料以露出白色芯部。通常，服装会受到激光处理，但仍然需要进行PP喷涂，以减轻不规则形状的芯部的影响以及与之相关的保色性。

几十年来，人们已经知道PP喷雾会对喷洒和处理它的长期操作者的肺部健康产生危害。

借助“CleanKore”技术，激光可以更有效、更精确地从靛蓝和硫磺染色的纺织品上去除染料。这种功效的提高具有消除对PP喷雾进行选择性漂白的依赖性的潜力，并且还大大改善了可实现图案的美观性。对激光的更大依赖将使设计师实现他们的设计、图案、徽标和纹理，并从整体上提高牛仔布的整体适销性。这也将对激光蚀刻后的织物的撕裂强度和拉伸强度产生积极影响，因为实现磨损外观所需的能量更少。自从最初将激光引入牛仔布制造以来，世界上就没有这样一个令人兴奋且革命性的机会来提高劳动者的安全性、节省成本、干法工艺设计的灵活性以及改善产品以增加销售的期望。与传统的牛仔布激光打磨相比，激光打磨CleanKore织物还可以产生对比度更高的磨损图案。

通过保留较大百分比的白芯并相对于纱线形状生成更均匀的形状的白芯，可以提高激光质量、一致性和产量。白色经纱芯的百分比越大，激光越快穿透芯部，因此需要的激光强度就越小。通过使白色芯部的形状相对于纱线的形状更均匀，当激光穿透芯部时，与形状参差不齐的标准白色芯部相比，它将在整个芯部产生更加一致的结果。本发明的构思始终是相同的。工厂希望将纱线染成某种颜色，但根据需要使染料的渗透量最小。达到这个目标可以使工厂节省化学药品和染料的费用，而干法处理可以节省激光/手工和能源的费用，这是因为无需花费太多精力就能将白芯暴露在离表面更近的地方，而且出于同样的原因无法想象的节省了洗涤用水。

本发明的主要优点在于，当使用激光技术时，它可以代替高锰酸钾喷雾剂(PP喷雾剂)，高锰酸钾喷雾剂是一种非常危险且受行业管制的化学药品。PP喷雾剂用于增加磨损区域的亮度或白度。单靠激光蚀刻或手工打磨无法获得普通牛仔布所需的亮度。PP喷雾还需要额外的水和强中和化学药品才能清除。然而，通过使用本发明中的方法，现在有可能仅通过激光来复制PP喷雾的外观。通过在硬质织物上进行激光蚀刻，与PP喷涂相比，它可以达到类似的亮度或白度。为了获得最佳效果，应在洗过的衣服上进行激光蚀刻，以正确替代PP喷涂。但是，两种方法都可以使用。这些结果之所以可能是因为，一旦激光穿透到染色的经纱芯部，就会自动出现亮度或白度，其外观与PP喷涂相似。因此，一个实施例是与常规牛仔布相比，利用白芯技术改进了激光穿透芯的方法。

一个关键的实施例是将CleanKore与RevoLaze的LightLaze软件(如2019年10月9日提交的专利申请号16155203中所述，其全部内容在此并入本文中)耦合。这项白芯技术发明可以提供最佳的激光蚀刻和产品性能结果。由于LightLaze可以增强激光锉刀，因此与普通牛仔布相比，在该牛仔布上可以看到锉刀中更多的高低对比度差异；并且分辨率将随后提高。设计细节和设计质量将对此独特的织物进行改进，并提高激光产量。与普通牛仔布相比，LightLaze软件中包含的筛选程序(filters)将取代手砂修饰，并赋予白芯织物更多细节纹理和手砂外观。

浸泡/氧化比提高到1:15时可获得良好的结果。

本发明的一实施例是由具有动态氧化时间的机组辊(range rollers)形成的氧化“透风”机组。这将涉及通过非常规方法控制氧化时间，可使用根据氧化规格移动的氧化辊。这些氧化时间可以通过辊子的数量、辊子之间的距离或类似的方式来改变。

动态氧化固定控制的发明可以使工厂通过改变氧化时间而不是清除所有染料桶而具有几种目标色调，这是本发明的一个新的实施例。

动态氧化时间的发明可以使工厂应对大气条件，例如，对氧化速率产生影响的温度、湿度、气流、露点等，而氧化速率可以对所得的颜色深浅产生显著影响。这些变量可以通过对传感器测得的变化的预编程响应来解决，也可以手动修改。动态氧化时间的发明可以使纺织厂更有效地应对或多或少受污染的棉花的影响，而无需调整或清除精练浴或染缸。

通常，较粗的纱线比较细的纱线具有更高的染料吸收率。动态氧化时间的发明可以使工厂更有效地抵抗纱线细度的影响，而无需在染色机组内调节生产量，无需调节精练浴或调节染料桶本身。

靛蓝缓冲液的pH值达到11.0(较低)和12.5(较高)。

可以从以下各项中获得出色的结果：冷却的染色机组箱可以进一步减慢靛蓝在较低温度下渗入经纱的速度-可使用的冷却，例如干冰和/或其他制冷方式。对于干冰，氮气出乎意料地迫使氧气排出系统，从而在稀薄的外环染料上显示出深色。包括使用干冰的染色机组箱的冷却也是本发明的又一实施例。另一实施例是使用传统的制冷技术将更加高效和一致，因此更有可能。

连续地控制实际的染浴温度可以显著地有益于操作的产量并改善染料在纱线上的沉积，这是本发明的又一实施例。

其他实施例包括在最终精加工中完全去除织物丝光或在最终精加工中将织物丝光减少50％或更多。可以通过减少与化学药品接触的时间、减少化学药品或降低化学药品的温度来实现丝光处理的减少。

本文描述的技术可以用作常规环染系统的一部分。

环染通常使用绳式染色或经轴染色方法进行。绳式染色在美国专利号7,201,780中进行了描述。纱线聚集在通常由300至400根纱线制成的“绳”中。这些绳(通常是18到48条绳/机器)被送入一台连续的绳式染色机，该染色机由一个由多个箱子隔开的循环的染浴组成，如图10所示。这些绳在染浴中的移动时间约为15到20秒，使可溶性隐色-靛蓝染料将彩色外层覆盖到纱线上。然后，该纱线进入“透风”段，在该工段中，可溶性隐色-靛蓝被氧化，使其不溶，通过使靛蓝接触空气将靛蓝粘附到棉纱上，从而生成氧化的蓝色靛蓝。该过程重复进行连续的染料接触，以继续在纱线的外缘建立颜色产量。还可以通过控制浴液中的纺织助剂(例如，苛性碱(NaOH)或还原剂，如连二硫酸钠或硼氢化钠/亚硫酸氢钠的混合物)来控制染料的渗透深度。尽管在环染和牛仔布加工厂的加工中有几个关键步骤，发明人认为经纱在浸没箱中花费的时间与经纱在氧化阶段花费的时间之比是获得不同和改进的牛仔布特性和性能的关键因素。

图5示出了常规的经轴连续染色机的示意图，该染色剂可以使用该系统，并且在其中标记了氧化和浸泡染料箱步骤。如本文其他地方所述，当纱线100沿着路径行进时，其被保持在惰轮105之间。该路径使纱线穿过浸泡染料箱(例如110)行进，浸泡染料箱装有染料。这允许箱子110中的隐色-靛蓝染料将颜色的外层涂覆到纱线上。该纱线被保持在染箱110中的惰轮111、112、112之间，时间取决于纱线沿路径的速度。然后，纱线在惰轮115上离开箱子110，进入“透风”或氧化段，在此纱线被保持在箱子上方的惰轮之间，隐色靛蓝与空气作用转化为氧化的蓝色靛蓝。通过经过另一个箱子130，该过程重复进行另一次氧化140，并继续进行，以继续在纱线的外缘建立颜色产量。

尽管上面仅详细地公开了一些实施例，但是其他实施例也是可能的，并且发明人希望将它们包括在本说明书中。说明书描述了某些技术方案以解决在本申请中明确和固有地描述的技术问题。本公开文本描述了实施例，并且权利要求旨在覆盖对本领域的普通技术人员而言可以预见的这些实施例的任何修改，替代或概括。例如，可以使用其他材料。

Claims (19)

1.一种由圆形横截面材料形成的棉纱材料，其特征在于，所述棉纱材料包括：所述棉纱材料具有外周区域，所述外周区域为所述圆形横截面总深度的10％～35％，其中，所述外周区域已经化学方法清洁，所述棉纱材料的内部区域未经清洁且具有原始蜡和杂质；且

经清洁的所述外周区域经染料染色，其中，染料更多地在为所述圆形横截面总深度的10％～35％的经清洁的所述区域中渗透，并且，与染料在经清洁的所述区域中的渗透相比其更少地在所述内部区域渗透；

其中所述棉纱材料采用以下方法中的两种或更多种来进行制备：

1)将精练温度从常规的70℃降低至30℃或室温；

2)将精练桶中使用的润湿剂的浓度从传统上使用的8g/L降低至小于2g/L；

3)通过以下方式减少在精练桶中的浸泡时间：a)跳过辊子，b)更改辊子的路径，c)降低辊子的直径，d)拆卸辊子，或e)相对于精练桶的尺寸减少化学药品的总体积；

4)将精练和精练漂洗桶之间的停留时间从60秒减少到30秒；

5)将苛性碱从传统的180g/L的桶浓度降低到60g/L。

2.如权利要求1所述的棉纱材料，其特征在于，所述棉纱材料的经纱的纱线捻度为4.4～4.6捻/英寸，而纬纱的纱线捻度为4.9～5.1捻/英寸。

3.如权利要求1所述的棉纱材料，其特征在于，所述染料是靛蓝染料。

4.如权利要求3所述的棉纱材料，其特征在于，经纱上的靛蓝染料保持在0.75重量％～1.25重量％之间。

5.一种由染色经纱与其他填充纱线编织形成的牛仔布材料的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，仅彻底清洁棉纱材料的外周，同时使所述棉纱材料的位于所述外周内的芯部填充有未经清洁的原始蜡和杂质，以形成外部经清洁的纱线材料，所述棉纱材料通过采用以下方法中的两种或更多种来进行制备：

1)将精练温度从常规的70℃降低至30℃或室温；

2)将精练桶中使用的润湿剂的浓度从传统上使用的8g/L降低至小于2g/L；

3)通过以下方式减少在精练桶中的浸泡时间：a)跳过辊子，b)更改辊子的路径，c)降低辊子的直径，d)拆卸辊子，e)相对于精练桶的尺寸减少化学药品的总体积；

4)将精练和精练漂洗桶之间的停留时间从60秒减少到30秒；

5)将苛性碱从传统的180g/L的桶浓度降低到60g/L；

以使染料仅浸入所述材料的深度的10％～35％的方式对所述清洁后的纱线材料进行染色，从所述外周开始，并向内加工；

将所述纱线加捻至4.4～4.8捻/英寸的捻度；及

将所述纱线与其他纱线加捻形成牛仔布材料。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述染色包括使用辊子将纱线输送到包含染料的桶中，并且，所述纱线在所述桶中被染色。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述染料是靛蓝染料。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，经纱上的靛蓝染料保持在0.75重量％～1.25重量％之间。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述染色是在小于30℃的温度下进行的。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述桶中的润湿剂的浓度降低至小于2g/L，并且，将所述桶中的苛性碱的浓度降低至小于60g/L。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述纱线在轧辊之间倾斜并且浸入所述至少一个包括染料的桶中，并且，所述轧辊上的压力至少为5bar。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在整个练染和漂洗过程中，保持大于5bar的挤压压力。

13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述桶的pH保持在11～12.5之间。

14.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在漂洗之前，将施加到所述纱线上的靛蓝染料完全氧化。

15.如权利要求5所述的方法，其特征在于，仅使用单个漂洗循环。

16.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在减少辊子的数量的情况下进行所述清洁。

17.由权利要求1-4中任一项所述的圆形横截面材料形成的棉纱材料制成的牛仔布材料，其特征在于，

所述棉纱材料具有外周区域，所述外周区域为所述圆形横截面的总深度的10％～35％，其中，所述外周区域已经化学方法清洁，内部区域未经清洁并具有其原始蜡和杂质；

经清洁的所述外周区域经染料染色，其中，染料更多地在为所述圆形横截面总深度的10％～35％的经清洁的所述区域中渗透，并且，与染料在经清洁的所述区域中的渗透相比其更少地在所述内部区域渗透，其中，所述棉纱材料与其他棉纱材料编织在一起，纱线材料的经纱的纱线捻度为4.4～4.6捻/英寸，纬纱的纱线捻度为4.9～5.1捻/英寸。

18.如权利要求17所述的牛仔布材料，其特征在于，所述染料是靛蓝染料。

19.如权利要求17所述的牛仔布材料，其特征在于，经纱上的靛蓝染料保持在0.75重量％～1.25重量％之间。

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