JPH09500918A - 繊維を染色するための改良された媒染剤および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改良された媒染溶液および染色するための繊維を調製し、そして天然染料を繊維、特に（ただし、限定はされないが）、 維物を包含する合成繊維を包含するセルロース繊維に固定するプロセス。改良された天然媒染溶液は、硫酸アルミニウムカリウム(KAl(SO₄)₂・12H₂O)のミョウバンおよびソーダ灰(Na₂CO₃)の水溶液を含み、最も好ましくは、水性の水酸化アルミニウムのコロイド懸濁液を含む。この溶液は、汚染性重金属媒染剤を用いずに、天然染色繊維の認識される測定可能な品質（耐光性および色落ちしないことを包含する）を顕著に改善する。改善された媒染処理および天然染色プロセスは、最初に繊維を水性媒染洗浄剤で前処理し、染浴での染料の取込みを増加させ、次いで繊維を第２水性媒染洗浄剤で処理し、その後染色し、次いで好ましくは染色された繊維を最終タンニン洗浄剤で処理し、永久的に天然染料を繊維または布地に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】 繊維を染色するための改良された媒染剤および方法 発明の背景 本発明は、改良された媒染溶液に関する。この媒染溶液は、危険でかつ汚染性 の重金属または鉄媒染剤を使用せずに、綿およびリネンのようなセルロース繊維 を染色するのに特に適している。さらに、本発明の方法は、天然染料および非汚 染性媒染剤を用いてこのような繊維を染色する工程を包含する。 合成染料の使用は、1856年のマウエビン(mauevin)(C₂₇H₂₄N₄)または「アニリ ンパープル」のPerkinの偶然の合成によって始まった。Perkinは、キニーネを合 成することを試みたが、合成染料としてのマウエビンの商業的可能性を認識した 。合成染料産業は、1900年代初期には主要な合成有機化学産業であった。合成染 料は、今日、繊維産業において天然または植物性染料に取って代わり、天然染料 を趣味および家内工業による使用に追いやった。合成染料の一年間の総売上げは 、今日、約$20,000,000,000であると推定されている。 しかし、合成染料の製造および使用は、深刻な有毒廃棄物問題を引き起こして いる。染浴を再充填することにより、より効果的な染料技術を用いることにより 、廃棄物を再利用および回収することにより、そして浴中の染料および化学薬品 の導入を制御するためのコンピューター技術を用いることにより、染料産業は、 最近、有毒な流出液を減少させることを 試みている。排出量(rate)は、特定の設備で約65％まで改善されたが、平均排出 量は約40％のままであり、そして合成染料産業は、重金属塩および他の有毒な廃 棄物を環境に排出する汚染の主要な源のままである。 この問題は合成染料に関連していたため、天然または植物性染料への関心が復 活した。インジゴ、タンニン、およびアカネのような天然染料は、記録されてい る歴史の始まりから用いられていた。しかし、公知の技術を用いて天然染料で連 続して同じ染料の色合いを２度得ることは、同じ方法を用いてでさえ、ほとんど 不可能である。主要な合成染料製造によって知られているように、染色に用いら れる植物の色に寄与する分子(color-giving molecules)は、基質に移動するため に「天然によって特別に設計されている」のではない。従来の天然染色プロセス を用いる場合、適切に染色された織物を得るために、繊維に激しく損傷を与える 条件をしばしば選択する必要がある。さらに、天然染料を用いては、耐光性でか つ色落ちしない染色織物を得ることができず、そして十分な色の調色ができなか った。従って、繊維産業は、一般に、商業的実施のための天然染料を拒否してい た。 天然染料のために最も一般に用いられる媒染剤もまた、潜在的な有毒廃棄物の 源である。媒染剤は、ほとんどの天然染料を化学的に固定させるために必要な化 学物質である。媒染剤は、染料分子および繊維分子の両方と結合して、永久的に 固定した不溶性の「着色レーキ(color lake)」を生成する。 媒染剤染色された繊維中の繊維と化学的に結合した不溶性の媒染剤染料複合体を 、着色レーキと呼ぶ。着色レーキは、間接染料を用いて生成される。染料を金属 塩と（例えば、アカネ（アリザリン）をミョウバンと）反応させることによって 生成される着色レーキはまた、インクおよび塗料に用いられた。天然染料のため に最も一般に用いられる媒染剤は、ミョウバンまたは硫酸アルミニウムカリウム 、クロムまたはニクロム酸カリウムまたは重クロム酸カリウム、胆ばん（blue v itriol)または硫酸銅、硫酸第一鉄、塩化第一スズ、亜二チオン酸ナトリウムま たはヒドロ亜硫酸ナトリウム、水酸化アンモニウム、酒石のクリームまたは重酒 石酸カリウム（potassium bitartrate)、「グラウバー塩」または硫酸ナトリウ ム、石灰、灰汁または水酸化ナトリウム、シュウ酸、タンニン酸、尿素、ヴィネ ガー(vinegar)または酢酸、および洗濯ソーダまたは炭酸ナトリウムである。理 解されるように、これらの媒染剤のいくつかは有毒廃棄物を生成するが、先行技 術は、重金属塩媒染剤を用いてさえ、着色されそして色落ちしない永久的に染色 されたセルロース繊維または織物を作製することができず、そして広い範囲の色 または色の調色を作ることができなかった。 従って、商業的な繊維産業の要求に応え得ることが、天然染色プロセスにとっ て緊急の要望であり、この要望には、耐水洗性でかつ耐光性である天然色を一貫 して再現できる十分な調色が包含される。さらに、有毒廃棄物を生成しない媒染 剤および染色プロセスも、緊急の要望である。本発明の媒染剤および染色プロセ スは、緊急の要望の両方に応える。発明の要旨 本発明の改良された媒染剤は、染色のための繊維の前処理のために、およびこ のような繊維での天然染料の固定のために用いられ得る。このような繊維は、セ ルロース繊維、例えば、綿およびリネン(linen)織物、およびしばしば染色する の 包含する）を包含する。本発明の改良された非汚染性媒染剤は、ミョウバン（硫 酸アルミニウムカリウム(KAl(SO₄)₂・12H₂O))およびソーダ灰(Na₂CO₃)の水溶液を 含む。本発明の最も好ましい媒染剤溶液は、水溶液中に水酸化アルミニウムのコ ロイド懸濁液を含み、ここでミョウバンの濃度は、重量パーセントでソーダ灰の 約７倍の濃度である。好ましい媒染剤コロイド懸濁液は、水中でミョウバンをソ ーダ灰水溶液に添加し、溶液を撹拌し、そして約150°Ｆまで加熱することによ り形成され得る。植物染料オーセージ(osage)を含有する染液を用いる代表的な 適用において、第２媒染溶液は、0.45重量％のソーダ灰および３重量％のミョウ バンを含み得る。染液が植物染料アカネまたはカモジグサ(cutch)を含む別の例 において、第２媒染溶液は、0.3重量％のソーダ灰および２重量％のミョウバン を含み得る。 繊維（天然セルロース繊維を包含する）を永久的に染色す るための本発明の好ましい方法またはプロセスは、ミョウバンおよびソーダ灰を 含む媒染溶液で繊維を前処理する工程を包含する。前処理または前媒染された繊 維は、洗浄に続いて、好ましくは天然染料を含む染液で処理される。次いで、こ の繊維は第２媒染溶液で処理される。この第２媒染溶液もまた、好ましくは、上 述のようなミョウバンおよびソーダ灰の水溶液である。この第２媒染溶液は、好 ましくは染色処理サイクルの終わり近くで、染浴に直接添加される。最後に、繊 維を、好ましくは、タンニン酸の弱溶液(weak solution)で処理し、さらに繊維 に天然染料を固定(setting)する。 さらに詳細には、開示された天然染色プロセスは、最初に市販の湿潤剤で繊維 を濡らすことよって繊維を前処理し、次いで媒染水溶液の存在下で繊維を浸漬し 、そして撹拌する（好ましくは約120〜170°Ｆの温度で約１時間）ことを包含す る。前処理の最も好ましい方法においては、繊維は、最初に例えば120°Ｆの低 温で約20分間、次いで例えば140°Ｆの高温で約10分間、そして最後に約165°Ｆ で約45分間という段階的な温度において媒染剤で処理される。このことによって 、染料の取込みが改良され、そして流出液がよりきれいになる。次いで、この液 体はドレインされ、そして繊維は温水でリンスされ、そして好ましくは乾燥され る。次いで、前処理または前媒染された繊維は、所望の色を作製するに充分な時 間、染料、好ましくは水性天然染液で処理される。次いで、この繊維は、第２媒 染溶液、好ましくは上述のミョウバンおよび ソーダ灰の水溶液で処理される。第２媒染溶液は、好ましくは染色処理サイクル の終わり近くで（例えば、最後の15分間で）、直接染液に添加され得る。次いで 、染液はドレインされる。天然セルロース繊維を染色する最も好ましい方法にお いては、繊維は、約140°Ｆの温度で、約１％のタンニン酸を含有するタンニン またはタンニン酸の弱水溶液で最後に処理され、さらに繊維に天然染料が固定さ れる。次いで、この繊維はリンスされ、ドレインされ、そして乾燥される。 本発明の、改良された媒染溶液および天然染色プロセスは、耐光性でかつ色落 ちしない永久的に染色された繊維および布地(fabric)または織物(textile)を作 製し、そして再現可能な天然色の十分な調色を作製するために用いられ得る。さ らに本発明の媒染剤および染色プロセスは、重金属または鉄塩の使用を必要とせ ず、従って、有毒廃棄物を生成することなく広い範囲の色で永久的に染色された 繊維を作製する。最後に、本発明の媒染天然染色プロセスは、商業的な染色プロ セスに比べて顕著に少量のエネルギーしか必要としない。従って、本発明の媒染 溶液および天然染色プロセスは、従来の天然染色プロセスによる問題を解決し、 そして合成染料に関連した汚染性のおよび有毒な廃棄物の問題を回避する。本発 明の他の利点および価値のある特徴は、以下の本発明の媒染溶液および天然染色 プロセスの好ましい実施態様および添付の請求の範囲の記載においてより十分に 説明される。本発明の改良された媒染剤および天然染料媒染プロセスの好ましい実施態様の詳 細な説明 上述のように、本発明の改良された非汚染媒染溶液は、特に、綿およびリネン を包含する天然セルロース繊維を染色するのに適合しているが、これらのみに適 合するものではない。天然染料媒染プロセスは、19世紀半ばの後期における合成 染料の導入の前に、長く用いられていた。本発明の媒染剤および天然染料媒染プ ロセスは、いくつかが、記録されている歴史の以前から用いられていた多くの天 然または植物染料について用いられ得る。本発明の染色プロセスに用いられ得る 天然染料は、限定されることなく、アカネ、コチニール、カモジグサ、およびオ ーセージを包含する。アカネは、ヨーロッパおよびアジアで栽培されている多年 草のアカネ種(species of Rubia)から生産される植物染料である。アカネ根から 生産される染料の調製は、合成染料の導入より前に、赤色、黄色および茶色の色 を作製するために用いられていた。アカネ染料について用いられる媒染剤は、ク ロム、アルミニウム、鉄、銅、スズ、および他の重金属および汚染性塩を含む。 コチニールは、メキシコ原産の昆虫染料であり、これは、1518年にスペイン人が メキシコを侵略した時に原住民によって使用されていた。昆虫コチニール(insec t cochineal)は、メキシコ、ペルー、およびカルミン赤(carmine red)を生産し ている他の国で栽培されているカタカイガラムシサボテン(Coccus cacti)である 。塩化第一スズは、コチニールについて用い られる主要な媒染剤であった。カモジグサまたはカテキュー(Catechu)(テラジャ ポニカ(Terra japonica)としてもまた知られている)は、インド、南アジア、お よびアフリカで主に見られる、種々のネムリグサ属、アカシア属、およびアレカ 属の木から得られる。市販の染料製品は、用いられた媒染剤に依存して、黄色ま たはオリーブ色を作製するために、木材、木、葉、および果実を沸騰し加工する ことによって得られる抽出物である。本発明の媒染溶液はまた、インジゴについ て用いられ得る；しかし、インジゴ染色プロセスは、本願と共に出願された別の 特許出願に記載されている。アカネ、コチニール、カモジグサ、インジゴ、およ び他の天然染料基質からの染液を加工しそして調製する方法は、文献に充分に記 載されており、従ってこのようなプロセスは、本明細書中には記載されていない 。 上述のように、本発明の改良された媒染剤は、染色する前に繊維を前処理また は前媒染すること、および染色の後に媒染することの両方に用いられ得る。好ま しい媒染溶液は、ミョウバンおよびソーダ灰の水溶液である。さらに詳細には、 本発明の好ましい溶液は、水溶液中に水酸化アルミニウムのコロイド懸濁液を含 み、ここでミョウバンの濃度は、重量パーセントで、ソーダ灰の濃度の約７倍で ある。このコロイド懸濁液は、最初に繊維ソーダ灰を水に添加して、ソーダ灰の 水溶液を形成することによって形成され得る。次いで、繊維ミョウバンまたは硫 酸アルミニウムカリウムは、ソーダ灰の 水溶液にゆっくり添加され、その間この溶液は撹拌され、そして約150°Ｆまで 加熱される。このコロイド懸濁液は、約140°Ｆで形成し始める。 次いで、染色される繊維（衣服、織物の一反または糸の形態であり得る）を、 以下のように媒染溶液で前処理した。最初に、繊維を、市販の湿潤溶液（例えば 「Ecowet」、Southeast Chemica1 Corpから入手可能）で繊維を撹拌することに よって浸漬した。次いで、繊維を、媒染溶液中で撹拌し、そして約165°Ｆまで 加熱した。最も好ましい前媒染プロセスにおいては、繊維は、最初に約120°Ｆ まで加熱された媒染溶液に浸漬され、そして約10分間撹拌される。次いで、媒染 溶液は約140°Ｆまで加熱され、そしてさらに10分間撹拌される。最後に、媒染 溶液は約165°Ｆまで加熱され、そして約45分間撹拌される。次いで、媒染溶液 はドレインされ、繊維は温水でリンスされ、そして乾燥される。繊維は、このと き、染色する準備ができている。 繊維を湿潤した後、この繊維は、染料の取込みに充分な時間、天然染料の水溶 液に浸漬され、そして撹拌される。次いで、第２の媒染溶液が、好ましくは染色 サイクルの終わり近くで導入され、そして繊維は媒染および染色溶液中で約15分 間撹拌される。最後に、繊維は、タンニン酸またはタンニンの弱水溶液中で撹拌 される。 本発明の媒染溶液および天然染料媒染プロセスは、以下の実施例からより充分 に理解される。9,100ｇすなわち約20ポン ドの綿衣服を、以下のように、本発明の非汚染性媒染溶液で前処理または前媒染 する。繊維重量の２％（two percent of weight of the fibers)(２wof％)すな わち182ｇの繊維ソーダ灰を５ガロンの温水に添加し、そして撹拌して、ソーダ 灰の全てを溶液に溶解した。次いで、繊維重量の15％すなわち1,365ｇの繊維ミ ョウバンを、フラッシング(flashing)を避けるために、ソーダ灰の水溶液にゆっ くり添加した。次いで、溶液を約150°Ｆまで加熱し、そして撹拌して、水中に 水酸化アルミニウムのコロイド懸濁液を形成した。 次いで、繊維を最初は温水に、そして40mlの市販の湿潤溶液(「Ecowet」)に浸 漬することによって繊維を前処理した。次いで、この繊維を120°Ｆまで加熱し 、そして半分の前媒染溶液を添加し、そして繊維を10分間撹拌した。次いで、繊 維および媒染溶液を140°Ｆまで加熱し、媒染溶液の残りを添加し、そして繊維 をさらに10分間媒染溶液中に撹拌した。次いで、媒染水溶液を165°Ｆまで加熱 し、そしてさらに45分間撹拌した。次いで、繊維および溶液を120°Ｆまで冷却 し、ドレインし、リンスし、そして乾燥した。 本発明の天然染料媒染プロセスは、通常の商業用または工業用の洗浄機械で行 われ得る。流体（例えば、水）の洗浄機械チャンバーまたはバスケットへの導入 、温度、および時間(洗浄および撹拌サイクルなどを包含する)をオペレーターが 予めプログラムできるコンピューター制御の工業用洗浄機械が、好ましい。さら に、本明細書で記載されたように、繊維を撹 拌している間、温度を上げるまたは下げる(ramp up or down)ように工業用洗浄 機をプラグラムすることができる。本発明の天然染料媒染プロセスのための適切 な工業用洗浄機械は、Unimac Corporation社製、Unimac Washer Extractorであ る；しかし、本発明のプロセスはいずれの特定の機械または設備にも限定されな い。実際、本発明の天然染料媒染プロセスは、パッケージ染色機械を包含する既 存の染色装置およびプロセスに適合し得る。 衣服の形態の綿繊維を、以下のようにコチニールで染色した。衣服の形態の20 ポンド(9,100ｇ)の前処理された綿繊維を、最初に、40mlの市販の湿潤溶液(「Ec owet」)を含有する温水に浸漬した。コチニール染料抽出物を含有する１ガロン （2.79リットル)の水を、繊維を浸漬するために添加し、そしてこれらを２°Ｆ ／分で165°Ｆまで加熱した。次いで、繊維を35分間染料水溶液中で撹拌した。 繊維重量の0.3％(27.3ｇ)のソーダ灰および２％(182ｇ)のミョウバンを含有する 第２媒染水溶液を添加し、そして繊維を15分間撹拌した。第２媒染溶液は上述の ように調製して、水酸化アルミニウムのコロイド懸濁液を作製した。 次いで、染料媒染溶液をドレインし、そして繊維重量の１％(91ｇ)のタンニン を含有する水溶液をチャンバーに添加した。次いで、チャンバーを140°Ｆまで 加熱し、そして10分間撹拌した。次いで、タンニン溶液をドレインし、繊維を洗 浄剤で洗浄し、リンスし、そしてドレインした。 繊維重量の15％のオーセージ染料抽出物または2.33ガロンを、湿潤した後に前 処理された繊維に添加したこと、そして繊維重量の0.45％(41ｇ)のソーダ灰およ び３％(273ｇ)のミョウバンを含有する第２媒染溶液を、上述のように調製して 水酸化アルミニウムの水性コロイド懸濁液を作製したこと以外は、同じ手順を用 いて、前処理された繊維をオーセージで染色した。 合成染料の製造および使用は依然として汚染の主要な源であるが、商業的な繊 維産業は、天然または植物染料を拒絶している。なぜなら、このような染料は再 現可能でなく、そして染色された布地は、現在の方法を用いては耐光性ではなく 、色落ちするからである。染色されるたんばく繊維（例えば、羊毛）は、いくぶ ん染色し易く、そして天然染料は、たんばく繊維に限定した範囲で用いられる。 さらに、上記のように、インジゴは、デニム糸を染色するために使用されている 。しかし、綿は、衣服産業で使用される主要な天然繊維であり、使用される繊維 の50パーセント近くを占める。しかし、耐光性でかつ色落ちしない衣服となる綿 繊維、布地、または衣服を、染色する天然染料媒染プロセスは存在しない。 本発明の媒染染色プロセスは、広い範囲の天然色で、染色された糸、織物の一 反、および衣服を一貫して作製する。The American Association of Textile Co lorists and Chemiｓtsは、染色された布地が、色落ちしないか（試験番号第６ １Ａ）、および耐光性（試験番号第１６Ｅ）かどうかを測定するための標準 試験を開発している。このような試験の潜在的な評価(score)および指数は、０ から５の範囲に及ぶ。通常の天然染料媒染プロセスを用いて天然染料で染色され た布地は、綿織物についての耐光性試験および色落ち試験においてわずか１また は２の評価しか得られない；しかし、合成染料は、このような試験において約４ またはさらにそれ以上の評価が一般に得られる。しかし、本発明の天然染料媒染 プロセスは、このような試験において同じ布地における合成染料に等しいかまた はそれを超える４と５との間の評価が得られる染色された布地を与える。さらに 、上述のように、本発明の天然染料媒染プロセスは、汚染を生じない。 当業者によって理解されるように、ある程度の改変が、添付の請求の範囲の範 囲内で本発明の非汚染性媒染剤および天然染料媒染プロセスについて行われ得る 。本発明の天然染料媒染プロセスは、本明細書に開示された天然染料に限定され ず、他の染料についても用いられ得る。さらに、本発明のプロセスは、染色する のが困難な（特に天然染料を用いて）セルロース繊維ついて非常に成功している が、天然染料媒染プロセスは、綿または他のセルロース繊維を染色するのに限定 されない。本発明のプロセスはまた、たんばく繊維、羊毛、ならびに合成糸およ び合成布地についても用いられ得る。最後に、改良された染色繊維および布地を 作製するために、本発明の非汚染性媒染溶液および天然染料媒染プロセスにおけ る改良は、独立してまたは組み合わせて用いられ得る。例え ば、染料媒染工程の後の最終タンニン処理の使用は、色落ちしないことおよび耐 光性において10％〜20％の改善となった。水酸化アルミニウムの水性コロイド懸 濁液の使用は、このような試験において20％〜40％の改善となり、そして第２媒 染処理の使用は、さらに10％の改善となった。理解されるように、これら改良は 、特に天然染料の使用の長い歴史ならびに一世紀以上前の天然染料の合成染料に よる置換からみて、予期せぬことであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．繊維を染色するための媒染剤を含有する組成物であって、該媒染剤は、水 性媒体中の水酸化アルミニウムのコロイド懸濁液であり、該コロイド懸濁液は、 硫酸アルミニウムの炭酸塩に対する重量比が約７：１で、水溶液中のアルカリ金 属炭酸塩に硫酸アルミニウム塩を添加することによって形成される、組成物。 ２．前記硫酸アルミニウム塩としてミョウバンを用いて作製される、請求項１ に記載の組成物。 ３．炭酸カリウムを用いて作製される、請求項２に記載の組成物。 ４．天然染料をさらに含む、請求項１に記載の組成物。 ５．タンニンをさらに含む、請求項４に記載の組成物。 ６．繊維をさらに含む、請求項１に記載の組成物。 ７．約0.3wof％〜約３wof％のソーダ灰および約３wof％〜約30wof％のミョウ バンを用いて作製される、請求項３に記載の組成物。 ８．以下の工程を包含する、永久的に繊維を染色するための方法： 請求項１、２、または３に記載の第１媒染溶液で該繊維を前処理する工程； 天然染液を含有する水溶液で該繊維を処理する工程；および 請求項１、２、または３に記載の第２媒染溶液で該繊維を 処理する工程。 ９．前記第２媒染溶液での前記処理に続いて、タンニン酸の水溶液で前記繊維 をさらに処理する、請求項８に記載の繊維を永久的に染色するための方法。 １０、請求項８または９に記載の方法によって染色された繊維、糸、衣服、ま たは織物の一反。