CN1918334A - 在数字印花准备中精确饱和底物的方法及由此方法得到的底物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种把预定量组分精确施加到纺织品底物上的方法，包括把底物喂入施加站的步骤，其中施加站优选为反向(间接)轮转凹印辊装置，将计量量的浸渍溶液施加到纺织底物上，同时控制底物相对于施加站的速率，优选通过使用NIR评定监测纺织底物中溶质的浓度以保证饱和的均匀程度，调整施加站到保证溶质在纺织底物的浓度均匀所必需的程度，然后干燥该纺织底物。

Description

在数字印花准备中精确饱和底物的方法及由此方法得到的底物

依据35U.S.C.§120和/或35U.S.C 119(e)，申请人据此要求2004年2月12日提交的、现未决美国临时申请第60/544,228号的优先权。

技术领域

本发明涉及在包括织物底物在内的底物上印花的领域。更特别地，本发明涉及对底物进行预处理以赋予其可数字印花加工的可印花性能的方法。

背景技术

诸如织物和纸张等底物，在用使用热或压电型印花头的喷墨印花进行数字印花时，为了得到优质图像印花，需要在底物的表面或缝隙中加入某些预处理化学品。用于这种应用目的，术语“织物”和“纺织品”应当互换使用，并都指机织、针织和非织造底物材料。必须严格控制化学添加剂在底物，特别是织物底物中的浓度水平，从而允许通过使用来自各种印花头的精确喷墨输出获得的图像操作性能发挥到最大化。现已发现这些化学品存在狭窄的浓度范围，在此范围内这些化学品可以赋予其优化的操作特性。

过去，织物预处理是通过使用“浸轧(dip and squeeze)”式的浸透(saturating)过程来完成的。例如，通常使用把织物浸没在含有浸渍液(原料液)的盘中的方法。然后在位于浸液盘之上的轧液辊组件中轧出多余溶液。不过，浸轧浸渍方法显示出的不足之处在于，它没有充分利用大量的预处理化学品，导致资源的浪费。特别是，它需要较大滞留体积的的浸渍液使系统“保持初态”，多余溶液被轧回到浸渍盘中。需要的滞留体积大就意味着必须制备大量的浸渍液。对短的浸渍生产过程，这种方法是不利的，经常导致溶液浪费。另外，当从带有一种浸渍液一个生产过程转换到另一个生产过程时，该方法需要大量的清洗时间。为了这种应用目的，术语“生产过程”描述的过程是用特定溶液浸渍多达几百码织物的过程，然后快速转换到另一种的织物/溶液系统。

另一个与“浸轧”浸渍方法相关联的问题是，被轧回(轧出)到原料液中的多余浸渍液由于其可能包含来自底物的材料而可能具有与起始溶液不同的组成，或可能具有与起始溶液不同的浓度。由于底物经常会优先从浸渍液中吸附某些组分，这并不罕见。这将导致浸渍液组成作为处理时间的参数是可变的，最终造成用在印花机上的纺织品优化性能的降低。对上述纺织品，严格控制合适的带溶液重量并在整个浸渍过程保持一致特别重要。由于纺织品中的溶质浓度直接影响到纺织品的印花性能，这是必要的。变化的浓度可能导致印花和稳定性能变差。

已知在纺织品底物上精确沉积组分的其他方法。然而，迄今为止这些方法主要被使用在涂层应用上。例如，填充(padding)和凹印辊系统被用于处理纺织品，典型地跟着干燥步骤。例如，Leonard等人的美国专利3,844,813中描述了通过各种凹印辊系统使涂料组分精确沉积到纺织品底物上。这个过程不能保证溶液可预测并均匀地分配到整个纺织品、或至少在目标面积上(即浸渍区)。另外，在Leonard这一参考文献中描述的这些方法用高粘涂料处理织物底物的一面。该专利指出这种系统有时需要物理性“均匀装置”，例如紧靠给液辊(applicator roll)的计量刮刀，以保证以均匀一致的方式完全覆盖底物。

最后，给液辊方法已被用于以粘稠液浸透织物。例如，这种方法在Newell的美国专利1,558,271中进行了描述。然而，尽管其包括将流体物理性直接导向到织物特定位置的流体导向器，但是这些方法没有包括保证这些液体均匀渗透到整个织物、或织物的目标区域的机构。

因此，在印花领域既需要减少用于“保持初态”浸渍过程的的溶液体积，同时又需要能够快速改变生产过程的灵活性。另外，在印花领域还需要证明是使浸渍溶质可预测且均匀地分布到底物、或底物区域中的浸渍方法。

发明内容

一般而言，本发明过程涉及把预测定量组分精确施加到例如纺织品或纸张底物的底物中的方法，包括把底物喂入施加站的步骤，其中施加站优选为反向(间接)轮转凹印辊装置，将计量量的浸渍液施加到底物上，同时控制底物相对于施加站的速率，优选通过使用近红外测定方法监测底物中溶质的浓度以保证浸渍的均匀程度，调整施加站到保证溶质在底物上的浓度均匀所必需的程度，然后对底物进行干燥。在替代的实施例中，底物可以在储存前被层压到衬背材料上。在本发明方法的另外一个实施方案中，在监测前包括增加材料芯吸性(wicking)的后处理步骤。这个步骤可以是一个在后的计量挤压或抽真空步骤。在本发明方法的再另外一个实施方案中，预处理方法包括一个在使底物带有预测定量浸渍液之前的预湿步骤。在本发明方法的再另外一个实施方案中，该方法包括从底物先前未被处理的一侧第二次施加浸渍液。这一第二次施加可以是与第一次被处理侧相同的浸渍液，或不同的浸渍液。

附图说明

图1是双反向轮转凹印辊系统的示意图，表示根据本发明，用反向辊转移的补偿凹印过程，以用浸渍液对底物进行预处理并监测经预处理的纺织物中的溶质水平。

图2是图1方法的替代实施方案，表示根据本发明用于在纺织品底物两侧施加溶质的反向轮转凹印辊系统。

图3是表示用于本发明方法中的棉府绸浸渍液的粘度对固体百分比数据图。

图4是表示用于本发明方法中的聚酯府绸浸渍液的粘度对固体百分比数据图。

图5是表示棉上被处理侧相对未被处理侧光谱区近红外(NIR)能量在4300cm^-1-4290cm^-1附近的最大(峰)频率区减去4550cm^-1附近的最小区总的吸收差的图。

图6是表示被浸渍棉府绸织物的光谱分析图，用NIR扫描显示出被化学处理前侧与后侧的对比。未被处理的参比棉府绸为底部曲线。

图7是表示被浸渍聚酯府绸织物的光谱分析图，用NIR扫描显示出被化学处理前侧与后侧的对比。未被处理的参比聚酯府绸为底部曲线。

图8是表示干重增加量与聚酯府绸织物被处理前侧的NIR吸光度(ΔAbs)数据的关系的图。

图9是表示作为本发明方法部件的各种NIR探测器位置的示意图。

具体实施方式

浸渍底物的方法包括把诸如纸张或织物的底物喂入包含浸渍液的施加站中，预测定量底物上的浸渍液，监测底物上的溶质浓度，然后对底物进行干燥。通过预测定量浸渍液，而不是后计量，可以减小并可能消除后面的浪费和浸轧方法中“轧出”连带的浓度变化。预测定量方法可以通过使用包括轮转凹版(补偿凹版)技术在内的多种方法完成。这种轮转凹版技术可以为盘或封闭头给料器给液。另外，它们可以通过被浸透的凹版辊隙、圆网(rotary screen)、冲流(cascade)、帘膜(curtain)和缝模涂覆给液。缝模(slot die)涂覆可以装配成带有接触到底物或不接触底物(如有间隙的)的模头，该模头可以位于织物上正对着辊一侧或在两个辊之间。优选地，预测定量方法使用用反向辊转移的补偿轮转凹印辊装置。

一旦各底物上的浸渍液被预测定量后，对其进行监测以测定/检验沉积在底物上合适的溶质的量。如果确定这种溶质的非优化量沉积在底物上，则对浸渍液施加站中的预测定量机制进行调整。监测步骤之后，织物在干燥站中进行干燥。

该方法在图1中大概地表示出，示意图包括用反向辊转移的双补偿轮转凹印辊装置，大概如施加站10和20所示。应考虑到虽然所示的两个施加站在移动底物的相反侧，本发明可以在底物的同侧或相反侧包括一个或多个施加站。例如，几个施加站可以连续或串联的方式出现在底物的相同侧以在底物上进行相同或不同的处理。以下的实施例用于举例，其只使用了一个施加站。

如图2所示的第二个实施方案，显示了带有位于底物相反两侧的施加站的替代结构，没有使用支撑辊(后面进行解释)。然而，所示装置包括作为凹印辊装置一部分的封闭头给料器12和22。

再一次提及图1，带有封闭头给料器的补偿凹印辊是如可从Southern Graphics获得的标准辊。这种凹印辊可以由包括陶瓷和金属材料的多种结构构成。优选地，这种凹印辊由金属结构制成，该金属结构包含体积在约1-200十亿立方微米(BCM)之间的的网格(cell)。这些网格可以是各种形状，例如四方、z流、沟道的(channeled)、六角和锥体。反向传送辊14和24位置邻接所述轮转凹印辊，并以与轮转凹印辊相反的方向进行需要的旋转操作(反向转移模式)。优选这种传送辊由包括外部橡胶壳的金属构成，橡胶优选为55Shore A橡胶。这种橡胶传送辊帮助浸渍液在浸透到底物之前流平。支撑辊16和26位置邻接所述的传送辊14和24并用于传送即纺织品的底物通过该系统。

在这种系统中，底物50从卷布机(未显示)进行开卷并在被喂入支撑辊16之前盘绕过导向辊60。典型地，底物处于张力下从而避免底物在该过程中不均匀的浸渍。这种张力通过张力调节器(dancer)或钳口压力实现。织物底物可能需要单独固定，以使底物保持正确的对准并有适度的横向拉伸，以便持续通过凹印辊施加站。如果在涂覆辊隙存在纺织品褶皱，可能导致不均匀的印花图像。为了这种应用目的，术语“横向”是指垂直于底物通过加工区的方向。

另外，在这种系统中，可以用织物(web)洁布辊的辊隙代替导向辊，或除导向辊外还包括该织物洁布辊的辊隙，以便在使用溶液浸渍前清洁底物。这种织物洁布辊将帮助去除可能存在于底物上的棉绒或其他废弃底物，从而避免凹印辊系统的不良运行。如果存在的话，织物洁布辊可以是一种特定聚合物结构，如可从Teknek获得的那些用于截获表面碎屑和松散丝线的结构。这种织物洁布辊典型地以与线速度(织物开卷速度)相同的速度运行。

通过诸如离心、级进腔或齿轮泵等标准泵70和75，浸渍液被泵入施加站中的封闭头凹版给料辊中。电源给泵70供电，但该电源未显示出。多余液体从给料辊排到容纳浸渍液80，82的容器中。支撑辊16和26优选铬支撑辊。优选地，传送辊和支撑辊都以底物线速度运行，而旋转方向相反。就本方法，线速度即织物穿过设备的速度可以在约5-3000fmp之间。优选线速度在20-500fmp之间。轮转凹印辊的速度通常在约+/-50％线速度之间运转。传送辊的速度优选与织物转线速度相同。

优选包含传感器的近红外监测器(此后称NIR)的监测设备90位于支撑辊和干燥机100之间，用于监测织物上的溶质水平。其位置用于监测面对传送辊一侧的溶质。虽然图1的装置只显示了一个监测设备，可以意识到如果需要，则在底物两侧安装独立的监测设备，这依赖于由NIR分析/观测的深度。虽然NIR系统是优选的，其他溶质监测系统包括紫外、可见光、近红外、红外、拉曼(Raman)和X-射线荧光光谱。这些技术可以和用于获得相同的结果的光度测定、散射、灰度级成像、反射、透射和互扰作用进行组合。各种采样的几何结构都是可以接受的，不过优选呈30度的常规镜面反射技术，因为与漫反射和漫透射相比其表面敏感的独特性能。优选近红外技术，因为设备可以由于使用简单光学设计和如石英或玻璃的坚固光学材料而制成供工业使用的结实设备。

有许多近红外传感器生产商。包括，但不限于AM Tech ServicesInc.，Ahalyti Chem Corp.，Boston Piezo-Optics，Bran & LuebbeInc.，Brimrose Corp.of America，Chemicon Inc.，Electro OpticalProducts Corp.，Encore Lab & Analytical，Infrared FiberSystems，Isomet Corp.，ABB Bomem Inc.，Bio-Rad，BloickEngineering，Bruker Optics Inc.，Galileo Corp.，AmattsonInstruments Inc.，Nicolet Instruments Corp.，Ocean Optics。

通过监测系统获得的信息可以从系统中人工读取，或通过所示的电子通信系统95和97电传到浸渍液施加站。之后浸渍液施加站(补偿凹印辊装置)可以进行人工调节以补偿织物上所需的溶质水平，或电子地直接补偿织物上所需的溶质浓度。

尽管其他的监测方法可以用于本发明方法，但是已发现NIR方法被证明特别有效。在这点上，近红外测试方法被用于对添加到聚酯府绸和棉府绸织物上的有机物质进行定量，因为该分析方法对织物表面上的添加材料的水平敏感。标准光谱测定实践是利用漫反射和漫透射。这些光学测量几何对厚试样的总化学组成敏感而对表面不敏感。

衰减全反射也通常用于表面光谱分析，但这种技术需要试样与测量晶体直接物理接触，因此这种技术不适于在线分析。

选定的测量技术指定为30度入射和捕集镜面反射技术。已发现该技术能够对漫反射试样进行表面敏感测量。镜面反射率典型地用于镜面反射表面，例如实验室设定的镜面或金属物体，以确定强反射表面的表面性能。

因此NIR传感器能够成功地用作在线监测器。当织物的浸渍程度开始偏离所需要的范围，传感器会探测这种变化并向操作员，或施加站(浸渍器)发送信号，从而在过程中进行调整。如所述的，这可以通过人工或者自动接口进行在线控制。

所用的近红外传感器可以为单采样点型(如所述和所测试的)，其中传感器本身在被处理底物上间隔式移动；或者被处理底物相对于传感器进行移动。如此得到的测量结果可以被重构成指示处理量或功效的数据。另外，所用的传感器也可以是利用线性阵列探测器的行扫描型，或利用二维阵列探测器的二维型。这些阵列探测器类型可以被用于构建处理化学品的实时图像。用阵列探测器形成的表面化学品图像的优势在于，它们使得操作员在更详细、更快捷的信息基础上对处理过程进行人工或自动调节。这种更快捷提供的更详细的表面信息使得处理过程进一步提高，使该过程具有较快的响应时间以对处理过程进行调节。

NIR传感器优选紧挨着位于浸渍施加站之后，与位于干燥炉之后的监测织物相比响应时间更快，虽然这个位置也实现监测目的。NIR传感器可以进行调整以达到水的存在不会干扰对浸渍液中印花涂料组分的检测。另外，在另一个替代的实施方案中，另一个NIR传感器可以紧跟在干燥站之后，通过使其敏感于水的存在以监测纺织品的干燥程度。这如图9所示，该图也显示了底物从卷绕机褪下来，穿过两个洁布辊之后，进入施加站10。

在监测以确定织物上溶质水平之后，织物通过干燥机100。干燥机可以包含标准烘箱或拉幅干燥机，根据被干燥的底物类型，典型地在100-400之间的温度范围内对底物进行干燥。

已发现本发明的过程可以用于预测定量浸渍到各种底物上的溶质，包括例如织物、纸张、非织造织物和膜。这些织物包括例如棉府绸、聚酯府绸、雪纺绸、乔其纱、尼龙/莱卡、真丝和基于纤维素的底物。优选地，被施加到底物上的溶液粘度大于100cp，更优选在100-1000cp之间。当然，这依赖于具体浸渍液的流变特性。在接下来的实施例中，浸渍液对棉府绸在约600cp的粘度下、对聚酯府绸在450cp的粘度下运行。底物被干燥后，它可以卷绕到储存辊上进行储存，以备进一步的在线处理(未显示)。另外，当底物将要运行通过过喷墨印花机时，它可以被层压到衬背上，如方便印花的纸张衬背。

在图1的本发明方法的替代实施方案中，如图2所示，第二个带有反向转移的补偿轮转凹印过程可以与图1的装置一起使用。在该实施方案中，第二个带有封闭给料头20′的补偿轮转凹印辊，与轮转凹印辊20相似，接收来自第二个泵75′和浸渍液液源80′的浸渍液。与第一个传送辊24结构相似的第二个反向传送辊24′接收来自轮转凹印辊的浸渍液并把它施加到第一个轮转凹印辊装置涂敷的底物50的相反侧。之后底物连续进入到前述的干燥机上。通过使用两个补偿轮转凹印辊，该方法可以被用于在织物材料的每一侧施加相同或不同的浸渍液。

另外，如果需要多次施加浸渍液，第二个补偿轮转凹印装置可以被用于施加浸渍液到前面已经被处理底物的相同侧。应该意识到一系列辊可以被安置在底物各侧或相同侧。

本发明方法的另一个实施方案中，其他的任选处理步骤可以被加入以辅助纺织底物的处理。这些加入步骤包括后处理挤压步骤以帮助增加饱和剂进入到被处理织物内的芯吸性。这是期望挤压浸渍液进入到纺织品内部，而不是挤出纺织品。这种挤压作用可以通过轧辊装置或通过使用施加真空到被涂覆底物上以推动溶液进入到底物内完成。除了在底物整个宽度上形成更均匀的浸渍液浓度之外，这种真空和/或轧辊装置增加了底物的芯吸作用。另外，由于在浸渍液中的溶质可能主要位于底物中纺织纤维的外表面，这些进一步的铺展步骤帮助增强了底物展示提高的印花表面的能力。

另外，预湿步骤可以加入到过程中以使织物底物在浸渍前润湿。通过给纺织品加入预定量的湿气，就可以增加溶液渗透到底物的能力，从而产生了更易控制和可预测的过程。在浸渍液施加导纺织品之前，湿气可以通过浸渍过程、水雾化到织物上、或把织物置于被控湿气中而被加入。另一个处理步骤此外可以包括电晕处理机和紫外光装置以对底物表面进行处理，这些处理更有极性(导致浸渍溶质的更好润湿)并用于浸渍液的光固化。还有，其他附加的步骤可以包括红外加热和或微波照射。在本发明方法的另一个实施方案中，层压步骤可以加入到过程中以层压底物到衬背层。如果加入这种层压步骤，该步骤可以包括展开衬背材料，如从American Biltrite可获得的纸张。衬背材料被喂入到层轧辊内。优选衬背材料是由带有热或压力活化粘合剂的纸张构成。接下来被处理织物和衬背在挤压/加热下被压在一起形成叠层。之后该叠层产品可以被卷绕到辊上进行储存。通过层压织物到衬背层上，接下来材料可以方便地进入到喷墨印花机中。

最后，本发明进一步包括根据前面所述方法制备的经预处理底物。

本发明通过下面的实施例进一步描述。不过，这些实施例并不能理解为以任何方式对本发明范围和精神进行限制。如没有其他说明，所用的百分比为重量百分比。

试验举例

对补偿轮转凹版反向转移过程用于精确浸渍棉和聚酯府绸织物的操作性能和适用性进行评价。对各种凹版涂覆模式和结构进行评价。另外，这些被处理织物上带浸渍液的量与它们的数字成像性能一起测定。最后，对整个织物上涂覆化学品的浓度梯度也进行量化。

棉府绸是从Lorber Industries购买的代码/样式为9680号，为平纹结构。该棉府绸试样的测定基础重量为124克每平方米(gsm)。被卷绕到2英寸的轴上，织物的幅宽约15英寸。聚酯府绸是从FisherTextiles购买的代码/样式为PP6248号，为平纹结构。该聚酯府绸试样的测定基础重量为175gsm。被卷绕到2英寸的轴上，织物的幅宽约11.5英寸。

除只在底物一侧涂覆的处理外，该方法使用与图1所示的相似装置，带有包含封闭头给料器的反向辊转移的补偿轮转凹版装置。特别地，该系统包括一个封闭头给料器，其带有由55 Shore A硬度的橡胶外壳构成的传送辊。凹印辊和传送辊以反向转移模式运行。不过，传送辊和支撑辊以25fpm的织物线速度运转。所用的专门的凹印辊由Southern Graphic System制造并命名为H2。该凹印辊为三螺旋设计，理论网格(cell)体积为69.5十亿立方微米(BCM)每平方英寸的，深度为190微米。Southern Graphic System说明书指出该凹印辊每英寸具有24条呈35度角的线。

凹印辊通过封闭头给料器添加浸渍液。对60英寸宽的织物，给料器具有约5加仑的体积容量。这个溶液量并不重要，可以在配置阶段方便地补足。通过使用反向转移模式，在浸轧界面浸渍液喂入到传送辊的速率可以方便的变化。通过提高凹印辊的速度，将有更多的溶液到每单位面积的织物上。这使得当织物被浸渍到特定的量时，可以进行在线调节。

橡胶传送辊和铬支撑辊以织物线速度(25fpm)沿相反的方向运转。本方法中在这一位置上反向辊转移会导致纤维织物中纤维的损伤。但如果凹印辊直接与织物接触，就必须以线速度运行，因为不这样，就会再次造成织物的损伤。从而，保持织物和凹印辊以同步圆周速度就不会产生能够调节溶液转移速率的优势，而采用反向转移模式，就可以获得这种优势。

橡胶传送辊也使得浸渍液在浸渍织物之前变“流平(smoothout)”。另外，如果使用直接转移，用于这些实施例的凹印辊设计就不会使浸渍液在织物上均匀的铺设。这是凹印辊中粗三螺旋网格的结果，它将会在纺织品上产生不规则的浸渍图案，并由此产生不均匀的印花图像。应注意到支撑辊被镀铬以使得溶液有效转移到被处理的纺织品上。

为了这种应用目的，术语被浸渍纺织品的“前侧”和“被处理侧”具有相同的意思，是指纺织品与橡胶传送辊接触并因此与所施加的溶液直接接触的侧。“后侧”或“未被处理侧”具有相同的意思，指纺织品与铬支撑辊接触的侧。

特定织物浸渍后，织物首先在60英尺的强制空气烘箱中进行干燥。150的热空气被用于直接作用到织物顶部，底部带有排气栅。所有试验都使用25英尺每分钟的恒定线速度。织物无需除惰辊外的任何方式的支撑地通过干燥机部分。

制备两种用于浸渍织物的原液，一种用于棉府绸，另一种用于聚酯府绸。上述溶液被制成浓缩形式，从而灵活地调节溶液粘度以便为处理条件选择合适的浓度。棉府绸浸渍液的浓缩液概括在下面的表I中：

表I：浓缩的棉府绸浸渍液

组成	来源	固体％	每批用量(磅)
				水			40
CP 7091RV	Calgon Corp.	49.30	33.6
				Varisoft 222LM	Witco	90.0	14.7
Print Rite 591	BF Goodrich	43.50	76.1
				Air Flex 540	Air Products	55.17	60.0

每种组分边搅拌边按照表中所列顺序加入到50加仑的转筒(drum)中。先加入水，接着加入其他组分。浸渍液包括作为载体的水、阳离子聚合体，如从Calgon Corp.可获得的CP 7091RV、织物柔软剂，即，如从Witco可获得的Varisoft 222LM、固化剂，即如从BFGoodrich可获得的Print Rite 591，和固化剂，即如从Air Products的可获得的Air Flex 540。溶液中分析测定的固体是40.9％。这是通过蒸发液体以确定干物量进行测定。部分上述溶液用水稀释到不同的固体含量。然后通过使用RVF model Brookfield粘度计按使用者手册提供的操作步骤进行测定这些溶液的粘度。3号心轴(spindle)用于所有的测量。这些数据汇总在图3中的曲线图中。

聚酯府绸浸渍液的浓缩液概括在下面的表II中：

                    表II：浓缩的聚酯府绸浸渍液

组成	来源	固体％	每批用量(磅)
				水			48.6
CP 7091RV	Calgon Corp.	49.30	54.1
				Varisoft 222LM	Witco	90.0	11.8
Air Flex 540	Air Products	55.17	193.3

在连续搅拌下每种组分的加入顺序按照表II中所列的次序。溶液中分析测定的固体是44.4％。部分上述溶液用水稀释到不同的固体含量。然后这些溶液的粘度用上述相同的步骤进行测定。数据汇总在图4中的曲线图中。

也进行阻燃剂添加到聚酯府绸中的浸渍试验。所用的专门阻燃剂是BF Goodrich的商品名为Pyrosan SYN，由二烷基烷基膦酸酯(dialkylalkyl phosphonate esters)构成。

对每个实施例，用NIR方法对织物试样上的溶质浓度进行监测，特别地，使用Bruker Model FTS-66 FT-NIR，可从Bruker OpticsInc.，19Fortune Dr.，Manning Park，Billerica，MA 01821得到。测定是在16cm^-1分辨率和3分钟的扫描时间下进行。30度镜面反射辅助部件出自Pike Technologies，2919Commerce Park Dr.，Madison，WI 53719与作为背景参比的涂金镜面一起使用并用于单层厚度测量的背景。

通过近红外(NIR)对被浸渍织物分析，使得能够对被浸渍纺织品的前后两表面上的印涂化学品进行定量。测量条件在下面的表III中进行描述。

        表III：用NIR测试方法的测量条件

NIR测量条件	条件值
		光谱范围	12000cm-1-3498cm-1
数据点	3498
		光源	钨-卤
探测器	NIR-PE
		分光镜	KBr
相位分辨率	128
		相位校正	Power Spectrum
切趾法(Apodization)	Blackman-Harris 4-term
		填零因子	4
分辨率	16cm-1
		镜面反射辅助部件	30°入射和反射角
数据收集	3分钟(每次测量215共计扫描)
		用作背景参比的反射面	涂金

应注意到，可以以机器、横向数据或图像的形式显示印涂的化学品，其可以被适当地处理成数字输出数据或映射图像以便精确控制浸渍过程。涉及印涂化学品的输出信息可以连接到能够人工或自动进行过程控制的DCS(分布控制系统)。

试样测量

在所有测试样进行测量之前，对作为参比材料涂金镜面进行测量。接着试样被放在反射辅助部件上并对每侧进行分别测量，表示为

吸光度＝-log₁₀反射率

使用专门的操作步骤进行测量，以优化在底物外表面的印涂化学品的表面信号和信噪比。测量条件和几何的独特的组合使得关于表面化学品添加量所测得的数据优质定量。16波数的图像分辨率以给增强的信号提供了足够的分辨率，从而优化了用作定量的数据的总体质量。

被处理侧相对未被处理侧的吸光度差值用于表示接近4300cm^-1-4290cm^-1的最大(峰)频率区减去接近4550cm^-1的最小区。对测试样和参比样进行计算。最后的吸光度信号差表示为：

ΔA前侧＝(测试样前侧减去参比样)

ΔA后侧＝(测试样后侧减去参比样)

发现总吸光度差值与添加材料的浓度成比例。4300cm^-1NIR光谱区对应于在表面附近存在的化学处理产生的CH拉伸/-C-H变型。在该光谱区总的NIR吸收能显示出在如图5所示的表面上或表面附近存在处理化学品产生的增加的C-H键，图5显示了被处理侧(上曲线)对未被处理侧(下曲线)的吸光度。

30度镜面反射测量几何体与近红外能的结合使用使得能够测定该过程的涂覆性能。利用这种探测几何体使得添加化学品的分配状况可以测量，而常规的在线(即在生产线上)技术对这种印花过程的表面沉积不敏感。

因此该系统使得在生产期间实时测量添加过程成为可能。这就使得在生产期间对生产过程进行控制成为可能。

浸渍试验结束后，各纺织品用Encad GS或GO墨水进行印花，由在Tyvek设备上的Pro-E印花机进行分配。这些墨水由从Encad可获得的酸性、直接和活性染料混合物组成。GS墨水由液体染料制成，被用于评价在棉府绸和聚酯府绸上的印涂效果，而GO墨水由涂料制成，被用于描述阻燃剂对印涂性能的影响特征。

在成像纺织品上的颜色性能用X-Rite 938光谱密度计设备进行测量。该设备的标准操作步骤如下。发光体(illuminant)是在2°角下的D65。测定的C.I.E.L*，a*，b*值^(1，2)表示在三维图表中的颜色位置。CIE是Commission Internationale De L’eclairage(a.k.a.theinternational commission on Illumination，和the InternationaleBeleuchtungskommission)包含使用这种测量的主要出版物包括：(1)Publication CIE No 15.2(1968)，Central Bureau of the CIE，A-1033Vienna，P.O.BOX 169-Austria和(2)ASTM E 308-90，Standard TestMethod for computing the Colors of Objects by Using the CIESystem，American Society for Testing and Materials，100Barr HarborDrive，West Conshohocken，PA 19428-2959USA。数据是由表中的CIE LAB值表示。

棉府绸织物测试

棉府绸是用该方法处理的第一种织物。在操作中使用的固体浓度为21.6％。这使得浸渍液粘度为600厘泊(cp)。在这个运转过程中最终拾取干重(dry weight pick-up)为标称11％。在约200英尺的整个运行长度内的变化不多于±0.1％。为了这个使用目的，用下面的等式计算最终拾取干重：

这种级别的控制将有助于获得优化的图像质量，该优化的图像质量由精确的喷墨输出产生的。对这种织物使用11％的干重添加量，下面的计算得到了浸透到一平方米织物的浸渍液总重量。织物的基础重量为124gsm(克每平方米)

0.11×124gsm＝13.6克浸透到一平方米纺织品中的固体。

13.6/0.216＝63克传送到一平方米棉府绸上的浸渍液(21.6％总固体)。

也就是说，该试验所使用的条件使得凹印辊向棉府绸织物传送63gsm的浸渍液。如前面所提到的，本研究所用的凹印辊具有69.5BCM每平方英寸的理论网格体积。使用1.0克/cm³的溶液密度，把这种每单位面积的体积转换为浸渍液的克数，每平方米产生108gsm。这种转换如下所示。

把BCM转换成GSM

该研究中所用的专门的凹印辊具有69.5BCM每平方英寸的等级。

1BCM＝1十亿立方微米＝1十亿微米³＝1×10⁹微米³

假定充满凹印辊网格的溶液密度为1.0克/cm³，可采用下面的转换：

(1微米/1×10^-6M)³×(1M/100cm)³×(1cm³/克)＝1微米³/1×10^-12克

上述转换表明1立方微米的网格体积将容纳1×10^-12克的浸渍液。

1BCM＝1×10⁹微米³

因此：

1BCM＝(1×10⁹微米³)×(1×10^-12克/微米³)＝1×10^-3克

上述转换表明1BCM的网格体积将容纳1×10^-3克的溶液。

平方英寸转换为平方米

1 in²×(2.54cm/in)²×(1M/100cm)²＝6.45×10^-4M²

因此：1 BCM/in²＝1×10^-3克/6.45×10^-4M²＝1.55GSM

因此：69.5BCM/in²转换到108GSM

基于在该文献中的所述值，凹印辊可以传送约33-60％之间的网格体积到底物上。如果凹印辊的表面速度与织物速度相同，理论上会使得这种特定辊传送36-65gsm。补偿凹印辊的圆周转速度在运行中比织物速度稍微大一些，快约30％。不过，可以快高达约50％。即使存在这种速度差，理论测定范围接近棉府绸试验计算得到的63gsm。然后，织物进行纺织品条纹缟玛瑙型印花，用由Pro-E印花机分配的GS墨水。LAB颜色值在200英尺试验的开始、中间和结尾处得到。这对织物的两个表面进行测量。如前面所定义的，“前侧”是织物接触橡胶传送辊的一侧。“后侧”是与铬支撑辊接触的一侧。下面的表IV、V和VI汇总了用LAB测量的颜色评价结果。

     表IV：棉府绸试验的CIE LAB结果

             (试验开始)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	62.04	-25.66	-26.14	61.59	-26.98	-26.24
品红	46.94	54.52	-5.53	48.01	52.62	-4.88
							黄	85.12	-0.96	82.24	85.71	-0.64	79.91
黑	30.17	2.17	1.23	31.46	1.80	1.17

     表V：棉府绸试验的CIE LAB结果

               (试验中间)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	62.22	-25.89	-26.12	61.47	-26.82	-26.39
品红	47.20	54.34	-5.50	48.05	53.25	-5.20
							黄	85.22	-0.85	83.07	85.77	-0.64	80.60
黑	30.33	2.10	1.50	31.02	1.86	1.24

       表VI：棉府绸试验的CIE LAB结果

                 (试验结束)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	62.41	-25.88	-26.71	62.27	-26.74	-26.38
品红	47.64	54.90	-5.66	48.32	54.05	-5.31
							黄	85.68	-0.74	83.03	85.69	-0.55	80.91
黑	29.07	2.04	1.53	30.19	1.68	1.33

如数据所显示的，从试验过程开始到试验过程结束LAB结果只有微小的变化。这与棉府绸的拾取干重变化不大于±0.1％点相关。这么小的颜色差对人的视觉感知已无关紧要了，并且在装置的测量误差范围内。另外，在棉府绸的前侧到后侧的LAB测量值有微小差别。

由近红外(NIR)扫描得到的光谱结果，显示了未浸渍棉府绸与利用补偿凹版方法的该试验得到的被浸渍棉府绸织物之间的差别。这些结果汇总在图6中的图表中。近红外探测器在过程控制和纤维素和聚合材料上表面化学品的测量方面起作用。图6中，未处理织物由底部曲线表示，上部曲线表示被处理侧，中间曲线表示未被处理侧。浸渍后，织物显示出更高的吸光度。更特别地，在波数4400cm^-1-3900cm^-1周围的吸光值尤其有意义。这个范围是被添加到织物上并被织物所吸收的印涂化学品中各种官能团的位置。

图6还显示出，棉府绸的前侧到后侧的印涂化学品的浓度(由上边的两条曲线分别表示)有轻微的差别。前侧比后侧稍微浓一些。NIR结果表明这种处理在棉府绸的两表面确实产生相似的结果，虽然被处理侧具有稍微高的添加化学品浓度。注意到在这个波数区的吸收信号与化学品处理的量成比例关系。

下面的表VII，汇总了从图6中得到的，在波数4300cm^-1下，特定的被处理侧相对未被处理的棉府绸织物(参比)吸光度的变化。

表VII：棉府绸试验过程中吸光度的变化

NIR分析	织物前侧	织物后侧
			ΔAbs	0.070	0.061

应注意到织物具有11％的干重添加量，ΔAbs(吸光度的变化)在波数4300cm^-1处测定，是特定的被处理表面的吸光度减去未处理棉府绸(参比)表面的吸光度。虽然在这种织物前侧和后侧存在小的NIR光学差别(0.009吸光度单元)，将会发现，对聚酯府绸这种差别会变得更明显。

聚酯府绸测试

聚酯府绸是用该方法处理的下一种织物。在凹印辊设备上对浸渍织物的多种不同顺序进行模拟。不过，所有试验使用相同的浸渍液浓度。溶液的固体含量为36.1％，得到的粘度为450厘泊(cp)。第一种辊顺序包含使用纺织品单独穿过凹版结构如前面图1显示(只用一个施加站)。在织物上的标称拾取干重(dry weight pick-up)为12％。在200英尺的整个运行长度内的变化也不大于±0.1％。这再次产生在棉府绸实验中观察到的精确度。

进行质量平衡得到传送到织物上的浸渍液克数，该织物基础重量为175gsm。数学式如下：

0.12×175gsm＝21克浸透到一平方米纺织品中的固体。

21/0.361＝58克传送到一平方米棉府绸上的浸渍液(36.1％总固体)。

因此，对该试验，凹印辊向聚酯府绸织物传送58gsm的浸渍液，它也在理论计算值范围内。然后，织物进行纺织品条纹缟玛瑙型印花，用由Pro-E印花机分配的GS墨水。

如前面对棉府绸试验所讨论的，CIE LAB颜色测量值在200英尺半工业生产试验的开始、中间和结尾处得到。汇总在下面的表VIII、IX和X中。

         表VIII：聚酯府绸的CIE LAB结果

                  (试验开始)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	54.19	-14.25	-39.29	60.23	-11.06	-31.31
品红	48.43	57.21	-7.58	55.52	44.07	-7.04
							黄	85.96	1.35	82.00	86.85	3.12	59.14
黑	27.01	1.99	-0.81	42.46	1.33	-0.77

       表IX：聚酯府绸的CIE LAB结果

               (试验中间)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	54.59	-15.85	-38.59	62.05	-11.19	-29.73
品红	48.83	56.60	-7.87	58.29	40.11	-7.04
							黄	86.02	1.35	81.20	87.16	3.42	56.28
黑	27.27	1.81	-0.98	42.65	1.36	-0.77

      表X：聚酯府绸的CIE LAB结果

             (试验结束)

颜色	前L	前A	前B	后L	后A	后B
							蓝绿	54.86	-16.19	-38.50	61.69	-12.98	-30.78
品红	49.28	55.78	-8.03	56.81	42.85	-7.23
							黄	86.01	2.04	80.08	86.93	3.41	57.66
黑	27.37	1.87	-0.74	44.92	1.23	-0.43

如棉府绸实验数据显示的，从试验过程开始到试验过程结束对于特定侧CIE LAB结果只有微小变化。然而，当对比聚酯纺织品两表面时观察到CIE LAB数据的显著区别。特定的CIE LAB值显示了在聚酯府绸纺织品的后侧的印涂化学品成分于前侧相比要少。

前侧纺织品产生了清晰的和底片银影密度高的(intense)图像。相反，经过印花的后侧灰暗并退色，具有没有添加印涂化学品的外观。这与CIE LAB结果相一致。

使用NIR扫描对被浸渍织物的光谱结果列于图7，该图显示了被化学处理的前侧与后侧所形成对比。与前面的图6相同，未处理的参比聚酯府绸是底部曲线。被化学处理后的聚酯，数据反映了较高水平的NIR吸光度，表明在材料的被处理侧存在着更多的化学品。最高吸光度的NIR波数区指示在4450cm^-1-3950cm^-1之间。这个区域对应于处理代表的化学族吸收NIR能量的位置。

图7还显示出，未被处理侧上的化学处理比被处理侧少得多，表明只有少量化学品迁移穿过聚酯。大多数化学品保留在被处理表面上。这个波数区的吸光度信号与处理化学品的量成比例关系。

下面的表XI，汇总了从图7中得到的，在波数4300cm^-1下，特定侧相对未被处理的聚酯府绸织物(参比)吸光度的变化。

表XI：聚酯府绸试验中吸光度的变化

NIR分析	织物前侧	织物后侧
			ΔAbs	0.100	0.025

应注意到织物带有12％的干重添加量，-ΔAbs(吸光度的变化)在波数4300cm^-1处测定，是特定的被处理表面的吸光度减去未被处理聚酯府绸织物(参比)表面的吸光度。

表XI中的数据显示在聚酯府绸前侧和后侧之间存在显著的NIR光学差别(0.075吸光度单位的差别)。后侧带有很少量浸渍液中的溶质。还与棉府绸试样相同，NIR光谱结果与CIE LAB数据和印花图像的视觉质量相关联。

第二组实施例中，评价了对拾取干重的增加影响。在该试验中，聚酯府绸两次穿过凹版装置。通过在纺织品底物的相同侧进行两次离散的转移模拟一系列凹版供料器。

干重添加量和NIR吸光度值汇总在下面的表XII中

表XII：在聚酯府绸织物上两种浸渍液的增加效果

测量参数	浸渍液(1次)	浸渍液(两次相同侧)
			干重增加量	8.6％	17.8％
Δabs	0.0704	0.146

应该注意到ΔAbs(吸光度变化)是在4300cm^-1的波数下测定的，为被处理前表面的吸光度减去未被处理聚酯府绸织物(参比)的吸光度。如表XII中的数据所显示的，利用通过补偿凹版结构的多次传送使得添加重量的增加。这种增加可以在纺织品的相同侧也可以在相反侧。另外，重量的增加与纺织品在整个处理过程中的通过次数成正比。没有发现与传送辊或支撑辊上的堆积液相关联的处理流出物。另外，织物在通过整个试验过程保持了其结构的完整性。

干重增加量与被处理织物前侧的NIR吸光度(ΔAbs)数据的相关性，如表XI和XII中所汇总的，显示在图8中。可以看到直线结果。另外，最佳拟合线穿过起点(0，0)，表明干重增加量与吸光度值(ΔAbs)成正比。ΔAbs＝0.00822×(增加干重百分比)。应注意到在y轴上的吸光度值是在4300cm^-1下测定的。为被处理前表面的吸光度减去未被处理聚酯府绸织物(参比)的吸光度。从表XI和XII中得到这些值。在上述表中指示为ΔAbs。

观察汇总在表XII中的吸光度数据可以看出，被处理织物前侧(ΔAbs为0.100)的印涂化学品浓度是后侧(ΔAbs为0.025)的4倍。这意味着与织物的全部浸渍相比，施加更少量的浸渍化学品就可以产生相同的的表面可印性，这导致了化学品成本上的节约。保持这些溶质更多位于表面的能力可以使纺织品产生更好的“手感”。印涂化学品确实造成纺织品一定程度的硬化，这是不期望的，并可以通过阻止化学品的渗透被降低。

如前面所讨论的，聚酯府绸产生双侧织物。织物后侧含有非常少的印涂成分，而前侧包含大部分的印涂成分。这也通过CIE LAB结果、图像质量的视觉观察以及NIR光谱分析得到证实。这种现象可以被在本发明方法在纺织品材料中添加阻燃剂(FR)的替代实施方案中有利地利用。

当FR加入到印涂浸渍液中导致劣质的印花图像的产生并非罕见。已发现如果将FR先施加到织物的一侧，之后对另一侧进行印涂，可以避免上述问题。

在使用添加有FR的浸渍液的聚酯府绸上进行试验举例。试验包括在液态印涂液中加入Pyrosan SYN阻燃剂。阻燃剂构成溶液中总固体量的20％。其余80％的固体包含印涂的组分。

通过图1(一个施加站)的补偿凹版方法施加印涂/FR溶液后，用强制空气干燥机干燥织物。接着在纺织品的未处理侧施加没有FR的印涂溶液并且干燥。控制浸渍条件，以使得印涂干重增加量为9.0％，而印涂/FR组分为11.1％。这使得两侧得到基本上相同量的印涂化学品。

然后在织物两侧用GO墨水用Pro-E印花机印纺织条纹缟玛瑙型图像。当观测颜色时，一个人可以视觉观察到印花质量上的差别。包含FR的一侧产生“沙”状外观。量化这种观察结果的一种方式是计算聚酯府绸的颜色饱和度。这由LAB测试的“a”和“b”数据得到。方程式(1)量化对这种作用。

                  S²＝a²+b²       (1)

“S”项表示织物的颜色饱和度。值越大，颜色强度越高。下面的表XIII和XIV，汇总了对经浸渍聚酯府绸的两表面进行了校正的绿、黄、红的CIE LAB值。也给出了计算的“S”值以作比较。

                     表XIII：涂覆印涂的聚酯府绸表面

颜色	L	A	B	S
					绿	64.96	-30.65	58.67	66.2
黄	85.88	2.62	94.76	94.8
					红	46.02	56.08	26.18	61.9

           表XIV：涂覆印涂和阻燃剂的聚酯府绸表面

颜色	L	A	B	S
					绿	65.23	-30.50	51.29	59.7
黄	85.76	2.20	86.72	86.7
					红	47.15	54.32	21.58	58.4

如XIII和XIV两表所示，在印涂中存在着阻燃剂时，颜色饱和度(s)的水平可测地降低。这也与被印有图像的纺织品的视觉测试相关联。包含阻燃剂和印涂化学品的聚酯府绸的表面形成不可接受的印花图像。不过，只带有印涂化学品的一侧却产生了可接受的印花图像。本发明方法的这个实施方案因此允许互不干扰的将不同浸渍液施加到特定纺织品的不同表面。

这可以通过使用带有连续的反向辊传送的两个补偿凹印辊供料器来实现。如图2所示，一个站将施加第一种浸渍液。接着纺织品立即进到第二个站，再次施加不同的溶液到织物的相反侧。利用图2所示出的浸渍模式允许单独控制织物每侧的添加量，这是由于凹印辊通过传送辊的根据织物被补偿(offset)。凹印辊可以以与织物不同的圆周速度运转，并因此具有可变的溶液传送速率。这是传送辊和凹印辊在辊隙处反向运转的结果。带有这种结构，相同或不同组成的浸渍液可以被应施加到织物的相反两侧。

由此可见，本发明分方法需要小体积溶液可使系统“保持初态”。例如，对60英寸宽的织物，只需要5加仑。特别地，补偿凹版涂覆模式使其本身适于“短”生产过程，其中系统必定便于清洗以及转换到另一种织物和浸渍液。通过经由凹印辊传送到织物上的浸渍液进行预测定量，只有很少甚至没有多余溶液被轧回到喂入液流中。这保证了在溶液中的溶质浓度在整个生产过程中保持一致。可以实现纺织品高水平的精确浸渍，并通过拾取干重(在标称值周围±0.1％变化的结果)、成像纺织品上CIE LAB测量值较小变化、及可感觉颜色差进行证实。另外，该方法通过利用近红外传感器提供了对浸渍程度监测和控制的手段。最后，可能形成作为化学品浓度梯度结果的双面纺织品。也就是说，两表面可以用两种不同的溶液进行浸渍，每一侧将保持其特定且独立的性能。

虽然本发明特别地参照其优选实施方案进行详细描述，应认识到除了那些已清楚列举的，在不背离本发明下述权利要求所提出的精神和范围的情况下，由此可以得到许多变型和增加。

Claims (19)

1.一种精确饱和底物的方法，包括如下步骤：

a.把底物喂入施加站，

b.将计量量的溶质施加到底物上，同时控制底物相对于施加站的速率，

c.监测底物上溶质的浓度，

d.调整施加站到保证溶质在纺织品底物上的浓度基本均匀所必需的程度，和

e.对底物进行干燥。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述的施加是通过选自由转轮凹印涂覆、浸轧涂覆、圆网涂覆、冲流涂覆、帘膜涂覆和缝模涂覆组成的组中的一种方法完成的。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述的施加用带有反向传送辊的补偿轮转凹印装置完成。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述的施加通过带有凹印辊的轮转凹印涂覆完成，该凹印辊由陶瓷或金属材料制成。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述辊由金属材料制成并具有网格，网格形状选自由四方、z流、沟道的、六角和锥体及它们的组合组成的组。

6.如权利要求3所述的方法，其中所述反向传送辊具有橡胶制成的外表面。

7.如权利要求1所述的方法，在向所述底物上施加溶质前，进一步包含清洁底物的步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述清洁用洁布辊完成。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述相对于施加站的速率在20-500fpm之间。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述的监测是通过选自由近红外监测、紫外监测、可见光监测、红外监测、拉曼监测和X-射线荧光光谱监测组成的组中的一种方法完成的。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述监测采用30度的常规镜面反射技术进行。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述监测是通过近红外监测完成的，且所述监测在所述施加之后立即进行。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包含在所述干燥之后立即对所述底物进行监测的步骤。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述底物选自由机织物、非织造织物、纸张和膜组成的组。

15.一种精确饱和底物两侧的方法，包括如下步骤：

a.把底物喂入第一施加站，

b.将计量量的第一种溶质施加到底物的第一侧上，同时控制底物相对于第一施加站的速率，

c.监测底物上第一溶质的浓度，

d.调整第一施加站到保证第一溶质在底物第一侧上的浓度基本均匀所必需的程度，

e.把底物喂入第二施加站，

f.将计量量的第二溶质施加到底物的第二侧上，同时控制底物相对于第二施加站的速率，

g.监测底物上第二溶质的浓度，

h.调整施加站到保证第二溶质在底物第二侧上的浓度基本均匀所必需的程度，

i.对底物进行干燥。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述施加是通过选自由转轮凹印涂覆、浸轧涂覆、圆网涂覆、冲流涂覆、帘膜涂覆和缝模涂覆组成的组中的一种方法完成的。

17.如权利要求15所述的方法，进一步包含在干燥前，通过选自由轧辊装置或通过应用真空的方法组成的组中的一种方法对所述底物进行挤压的步骤。

18.如权利要求15所述的方法，进一步包括在所述底物被喂入到所述第一施加站之前，通过选自由在水中浸渍所述底物、通过雾化向所述底物施加水、或把所述底物置于被控制的湿度中的方法所组成的组中的方法使所述底物润湿的步骤。

19.如权利要求15所述的方法，进一步包含将所述底物层压到衬背层上的步骤。

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