ITTO20110820A1 - Metodo per migliorare la tingibilita' di fibre m-aramidiche - Google Patents
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Description
"Metodo per migliorare la tingibilità di fibre m-aramidiche" "A method for improving dyeability of m-aramid fibres"
DESCRIZIONE
Settore della Tecnica
La presente invenzione si riferisce ad un metodo per migliorare la tingibilità di fibre tessili.
In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per migliorare la tingibilità di fibre m-aramidiche. Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per migliorare la tingibilità di fibre m-aramidiche quali quelle prodotte e commercializzate da SRO Group Ltd. (fibre m-aramidiche di tipo SRO).
Più precisamente, la presente invenzione riguarda il pretrattamento di fibre tessili, specificatamente di fibre maramidiche di tipo SRO, finalizzato al miglioramento della tingibilità nel successivo processo di tintura.
Arte Nota
Le fibre aramidiche sono polimeri organici sintetici ottenuti per lavorazione di poliammidi aromatiche; in particolare le fibre m-aramidiche di tipo SRO sono essenzialmente fibre di tipo meta-aramidico con particolari gruppi costituenti.
Le fibre aramidiche combinano una bassa densità con ottime prestazioni meccaniche, quali l'elevata resistenza all'urto ed alla compressione, nonché buona resistenza all'abrasione ed alla degradazione chimica e termica: tali fibre risultano perciò particolarmente adatte per la produzione, miscelate insieme ad altri filati sintetici, di indumenti ignifughi; altre applicazioni riguardano la realizzazione di materiali isolanti per applicazioni dielettriche.
Inoltre, le fibre aramidiche presentano una struttura molto complessa, caratterizzata da elevata cristallinità ed alto grado di orientazione delle catene polimeriche che le formano: sono principalmente queste proprietà a costituire un ostacolo per il loro processo di tintura.
È nota una ricetta tintoriale adatta per le fibre maramidiche commercializzate con la dominazione Nomex<®>che, tuttavia, risultano molto costose e di difficile reperibilità .
Sono anche noti processi di tintura relativi ad altre tipologie di fibre aramidiche, sostanzialmente derivanti dalle fibre Nomex<®>, che prevedono l'utilizzo di un agente, o carrier, rigonfiante che viene posto direttamente nel bagno acquoso con tutti gli altri agenti utilizzati tradizionalmente .
Tuttavia, tali processi di tintura presentano il serio inconveniente della disomogeneità del bagno di tintura, che si presenta composto di due fasi praticamente immiscibili: una fase acquosa, costituita dalla soluzione del colorante, ed una fase organica, costituita dal carrier.
La disomogeneità del bagno condiziona negativamente l'uniformità di rigonfiamento delle fibre e, conseguentemente, il risultato della tintura presenta tre tipi di problemi:
1) scarsa solidità della tinta, dovuta alla non omogenea distribuzione del carrier rigonfiante;
2) basso valore di esaurimento, causato dal carrier che, nell'emulsione bifasica, si comporta da sequestrante dei coloranti; e
3) intensità di colore disuniforme, causata dal sistema bifasico che veicola il colorante con modalità non omogenea .
Sono anche stati esplorati processi di produzione di fibre aventi struttura di base m-aramidica la cui composizione strutturale (gruppi spaziatori delle catene ammidiche aromatiche, gruppi atti al drogaggio del polimero, ecc.) risulta essere diversa.
Anche per tali fibre si è verificato che le ricette tintoriali di tipo tradizionale, come sopra illustrato, non portano a buoni risultati.
Risulta, pertanto, irrisolto il problema di individuare un processo di tintura per fibre m-aramidiche, specificatamente di tipo SRO, che superi questi problemi ed inconvenienti.
In particolare nel settore tecnico di riferimento è sentita l'esigenza di individuare modalità tintoriali adatte alle nuove fibre prodotte, per superare gli inconvenienti sopra enunciati .
Descrizione dell' Invenzione
Gli inventori hanno individuato una soluzione tecnica al problema di ottenere un efficace processo di tintura delle fibre m-aramidiche, specificatamente delle fibre m-aramidiche di tipo SRO, utilizzando un particolare agente, o carrier, che, avendo caratteristiche molecolari affini a quelle dei monomeri componenti la catena polimerica, agisce da "rigonf iante" , così facilitando l'ingresso della molecola di colorante all'interno della fibra stessa; più precisamente, detto agente rigonfiante viene utilizzato nella fase di pretrattamento delle fibre.
Vantaggiosamente, grazie all'agente rigonfiante secondo la presente invenzione, è possibile realizzare un processo di tintura per fibre m-aramidiche, specificatamente di tipo SRO, che supera i problemi e gli inconvenienti dell'arte nota e che, in particolare, risulta economicamente conveniente.
Inoltre, vantaggiosamente, grazie alla distribuzione uniforme dell'agente rigonfiante sulle fibre, è possibile realizzare un processo di tintura per fibre m-aramidiche, specificatamente di tipo SRO, che consente il raggiungimento di una distribuzione omogenea del colorante all'interno delle fibre .
Inoltre, vantaggiosamente, grazie all'impiego dell'agente rigonfiante come ausiliario, è possibile utilizzare quantità ridotte di prodotto rispetto ai processi tradizionali, a parità di risultati in termini di qualità.
Inoltre, vantaggiosamente, grazie all'agente rigonfiante secondo la presente invenzione, è possibile effettuare la tintura ad una temperatura inferiore rispetto a quelle dei processi tradizionali nonché a pressione atmosferica anziché sotto pressione.
Descrizione Sintetica delle Figure
Il metodo per migliorare la tingibilità di fibre tessili, particolarmente di fibre m-aramidiche di tipo SRO, secondo la presente invenzione verrà ora descritto in maggior dettaglio con riferimento alla Figura 1, fornita a titolo di esempio non limitativo, che è uno schema a blocchi mostrante le fasi del metodo secondo la presente invenzione.
Descrizione Dettagliata dell'Invenzione
Ai fini illustrativi della presente invenzione, il materiale utilizzato è una fibra m-aramidica di tipo SRO, che viene impiegata sotto forma di fiocco, di filato o di tessuto; preferibilmente dette fibre vengono disposte sotto forma di tappeto, preferibilmente avente spessore omogeneo.
Altre fibre tessili possono ugualmente essere utilizzate, nonché loro derivati, e ricadono nell'ambito di protezione della presente invenzione.
Il metodo secondo la presente invenzione comprende una successione di sostanzialmente tre fasi.
La fibra, nelle sue varie forme, viene immersa totalmente in una soluzione contenente un agente rigonfiante preventivamente scelto; in commercio esistono molti prodotti di questo tipo, i quali si presentano tutti sotto forma di liquidi più o meno viscosi, densi ed emulsionabili in soluzione acquosa.
Dopo la fase di immersione, il materiale viene sottoposto ad una prima spremitura a bassa pressione, utile ad eliminare gran parte della quantità di agente rigonfiante che impregna la fibra.
Successivamente il materiale viene sottoposto ad una calandratura, che permette di dosare meccanicamente la quantità desiderata di agente rigonfiante sul materiale tessile da tingere, nonché di distribuirlo uniformemente sul materiale utilizzato; regolando la pressione applicata alla calandra è possibile regolare in un ampio campo di valori la quantità desiderata di agente rigonfiante sulla fibra.
Le tre fasi precedentemente descritte costituiscono, nel loro insieme, il pretrattamento che, eseguito secondo le modalità previste dalla presente invenzione, consente di migliorare la tingibilità delle fibre nelle successive fasi.
Detto pretrattamento può inoltre comprendere le seguenti due fasi opzionali:
- riconfezionamento del materiale tessile, nel caso in cui le fibre siano state disposte sotto forma di tappeto; e/o - maturazione a caldo.
Dopo aver completato il pretrattamento si passa alla fase di tintura vera e propria, che viene effettuata in maniera convenzionale .
Nel seguito, vengono descritte dettagliatamente ciascuna delle fasi di pretrattamento secondo la presente invenzione.
Immersione
Come anzidetto, la prima fase consiste nella completa immersione delle fibre da tingere (in fiocco, filato o tessuto, preferibilmente disposte sotto forma di tappeto di spessore omogeneo per garantire l'omogeneità di lavorazione nelle fasi successive) in un bagno liquido contenente esclusivamente il carrier rigonfiante desiderato.
Gli agenti rigonfianti preferibilmente impiegati secondo la presente invenzione sono sia di tipo commerciale, quali Cindye DNK (distribuito da Bozzetto Group) e Levegai C45 (distribuito da New Tanatex) , sia di tipo non commerciale, quali 1-fenossi-2-propanolo e N-metilformanilide (reperibili da Sigma Aldrich).
Si desidera qui rilevare che detto carrier rigonfiante viene invece utilizzato, nei processi convenzionali, come ausiliario, vale a dire in quantitativi percentuali elevati, preferibilmente dell'ordine dell'80% rispetto al peso della fibra da trattare, ed aggiunto direttamente al bagno e portato in emulsione.
Questa modalità operativa, che nei processi tradizionali genera sequestro/estrazione del colorante dalla fase acquosa alla fase organica con conseguente difficoltà di distribuzione della medesima in modo omogeneo sulla massa di fibra, permette invece, secondo la presente invenzione, di raggiungere un grado di distribuzione del tutto uniforme del carrier sulla fibra.
Detto agente rigonfiante, infatti, a seguito del fenomeno di sequestro/estrazione, concentra e distribuisce in maniera omogenea il colorante all'interno della fibra.
Spremitura iniziale
La seconda fase del pretrattamento secondo la presente invenzione consiste nella spremitura iniziale effettuata a bassa pressione; detta spremitura iniziale ha come scopo quello di pre-dosare e distribuire la quantità di carrier sul materiale fibroso, eliminando il quantitativo eccedente così da accentuare l'efficacia della successiva spremitura a pressione maggiore.
Spremitura a pressione controllata o Calandratura
La calandratura viene effettuata in un mangano a pressione regolabile; il materiale, preferibilmente sotto forma di tappeto di fibre avente spessore omogeneo, viene fatto passare tra i rulli di detto mangano e sottoposto ad una pressione preventivamente definita.
Per l'ottenimento dei risultati desiderati secondo la presente invenzione, la pressione minima considerata è di 2,0 bar, la pressione massima potendo raggiungere un valore pari a 5,0 bar.
Grazie a queste modalità operative, si riesce a dosare la concentrazione massica di agente rigonfiante tra il 30% e l'80% riferito al peso del materiale tessile secco.
La regolazione ed il controllo della pressione del mangano permettono di controllare la spremitura e quindi, indirettamente, la quantità di carrier imbibente le fibre. Nel caso si operi nella seconda spremitura a pressioni maggiori, dell'ordine di 2,5 - 3,5 bar, si ottiene un dosaggio finale del rigonfiante a valori di preferenza compresi tra il 40% ed il 60% rispetto al peso iniziale della fibra; gli inventori ritengono che, mediante perfezionamento ed ottimizzazione del metodo secondo l'invenzione, esistano ulteriori margini di riduzione in termini di percentuale di carrier sul peso iniziale della fibra.
La concentrazione di agente rigonfiante che rimane sulla fibra in corrispondenza di un determinato valore di pressione dipende anche dalla natura stessa del rigonfiante, cioè dalla sua densità, viscosità, affinità con la fibra, ecc..
Perciò la pressione necessaria a mantenere uno specifico rigonfiante sulla fibra ad una determinata concentrazione può variare di caso in caso, in funzione del rigonfiante stesso. Quindi, regolando in modo opportuno le due fasi di spremitura, oltre al totale recupero del carrier in eccesso, è possibile utilizzare quantità ridotte dello stesso rispetto ai processi tradizionali, cioè quantità dell'ordine del 40-60% rispetto al peso della fibra, riuscendo a conseguire risultati ottimali in termini di qualità, vale a dire in termini di esaurimento, grado di ugualizzazione e solidità secondo gli standard.
Riconfezionamento del materiale
Dopo le operazioni di spremitura, nel caso in cui le fibre siano state disposte in forma di tappeto per ottimizzare la calandratura, occorre provvedere al riconfezionamento del materiale tessile; tale operazione consiste semplicemente nel riportare il materiale nella sua forma iniziale.
Maturazione a caldo
Questa fase di pretrattamento non è condizione necessaria per l'attuazione dell'intero processo di tintura, ma può essere effettuata facoltativamente per ottenere un miglioramento del risultato finale.
Essa consiste nel mantenere le fibre pre-impregnate ad una temperatura di 80÷100°C per un determinato periodo di tempo, in modo da facilitare l'assorbimento omogeneo del carrier all'interno delle fibre mediante diffusione, aumentando così il rigonfiamento efficace al trasporto del colorante nella fase successiva; di preferenza la durata della maturazione a caldo varia da 30 minuti a 2 ore.
Tintura vera e propria
La fase di tintura vera e propria viene effettuata utilizzando un macchinario convenzionale di tintura.
Per esempio la tintura può essere effettuata con rapporto bagno di 1:20 ed una concentrazione di colorante pari al 2% rispetto al peso della fibra; il bagno di tintura comprenderà poi un ausiliario utilizzato come imbibente/disperdente e nitrato di sodio per il controllo degli equilibri chimici che si vengono a stabilire tra le fasi liquide acquosa ed organica rigonfiante e tra colorante disciolto ed assorbito. Preferibilmente, i coloranti utilizzati sono di tipo cationico, quali i coloranti Astrazon (distribuiti da DyStar), e l'ausiliario imbibente/disperdente è Avolan IW (distribuito da New Tanatex).
La fase di tintura che segue il pretrattamento secondo la presente invenzione è caratterizzata da un profilo di temperatura che prevede l'immersione delle fibre pretrattate ed eventualmente fatte maturare a caldo nel bagno di tintura ad una temperatura di circa 60 °C. Quindi, con un gradiente di circa 1,5 °C al minuto, viene raggiunta la temperatura operativa di 100 °C, che viene mantenuta per circa un'ora. Raffreddamento, risciacquo e trattamento riducente Successivamente, il bagno di tintura viene raffreddato a 60 °C e le fibre tinte vengono prelevate e sciacquate con acqua, prima a caldo e poi a freddo.
Sul materiale tinto viene poi effettuato un trattamento riducente post-tintura in condizioni alcaline atto alla rimozione del colorante non penetrato nelle fibre, bensì rimasto in superficie; di preferenza per detto trattamento riducente viene utilizzato sodio idrosolfito stabilizzato, quale Blankit IN (distribuito da Basf).
Come si può osservare, con il metodo secondo la presente invenzione, si ha la possibilità di effettuare detta fase di tintura a 100 °C, mentre i processi tradizionali prevedono temperature operative dell'ordine di 120 ÷ 130 °C; in questo modo risulta possibile utilizzare macchinari di tintura operanti a pressione atmosferica con risultati analoghi a quelli ottenibili ad alta temperatura sotto pressione.
Come già accennato precedentemente, i risultati ottenuti risultano essere del tutto paragonabili a quelli ottenibili mediante tintura tradizionale su fibre caratterizzate da buoni risultati tintoriali (esaurimento del bagno, ugualizzazione, solidità ad umido ed allo sfregamento).
Dalla descrizione sopra dettagliatamente esposta, risultano evidenti i vantaggi derivanti dal metodo secondo la presente invenzione; in particolare:
- la semplificazione del macchinario, che non deve essere necessariamente pressurizzabile per motivi termici;
- la semplificazione del processo in quanto si opera con maggiore sicurezza e semplicità nella successione di fasi; - l'ottenimento di un considerevole risparmio energetico, a seguito di una minore temperatura operativa e minore dispersione termica;
la minimizzazione della quantità di carrier utilizzata con conseguenti risparmi economici ed ambientali nella fase di depurazione dei reflui tintoriali.
È evidente che il metodo secondo la presente invenzione, qui descritto mediante una forma di realizzazione preferita fornita a titolo esemplificativo non limitativo, può essere modificato secondo modalità note all'esperto del settore tecnico senza per questo fuoriuscire dall'ambito protettivo della presente invenzione in particolare, è evidente che, pur essendo il metodo secondo la presente invenzione preferibilmente applicato a fibre m-aramidiche di tipo SRO, esso potrà essere applicato a qualsiasi altra fibra tessile.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per migliorare la tingibilità di fibre tessili, particolarmente di fibre m-aramidiche, comprendente le fasi di: - immergere totalmente la fibra, nelle sue varie forme, in una soluzione contenente un agente rigonfiante; - sottoporre la fibra ad una prima spremitura a bassa pressione per eliminare l'eccesso di agente rigonfiante che impregna la fibra; e - sottoporre la fibra a calandratura per consentire il dosaggio della quantità desiderata di agente rigonfiante e la sua distribuzione uniforme sulla fibra da tingere.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto agente rigonfiante viene utilizzato in quantitativi percentuali dell'ordine dell'80% rispetto al peso della fibra da trattare.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui il quantitativo di detto agente rigonfiante viene ridotto, a seguito delle fasi di spremitura, a valori compresi tra il 40% ed il 60% rispetto al peso della fibra, od inferiori.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la regolazione dell'agente rigonfiante sulla fibra avviene regolando la pressione applicata alla calandra in detta fase di calandratura.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui la pressione minima applicata alla calandra è di 2,0 bar.
- 6. Processo di tintura comprendente le seguenti fasi: - predisporre fibre m-aramidiche, preferibilmente di tipo SRO, sotto forma di fiocco, filato o tessuto, preferibilmente disposte sotto forma di tappeto; - effettuare il pretrattamento di dette fibre utilizzando il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5; e realizzare la tintura vera e propria di dette fibre pretrattate .
- 7. Processo di tintura secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre le seguenti fasi opzionali di pretrattamento : - riconfezionamento del materiale tessile, se le fibre erano state disposte sotto forma di tappeto; e/o - maturazione a caldo di dette fibre pretrattate.
- 8. Processo di tintura secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detta fase di tintura vera e propria avviene ad una temperatura non superiore a 100 °C.
- 9. Processo di tintura secondo la rivendicazione 8, in cui detta fase di tintura vera e propria a temperatura non superiore a 100 °C ha la durata di circa un'ora.
- 10. Processo di tintura secondo la rivendicazione 6 o 7, comprendente inoltre le seguenti fasi successive alla tintura vera e propria: - raffreddare le fibre tinte fino a 60 °C; - prelevare e risciacquare il materiale; e - effettuare un trattamento riducente in condizioni alcaline .
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