KR20030065597A - 수성 매질에서 분산 염색용 안료 염료의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수성 매질에서 반합성 또는 합성 소수성 섬유 물질을 염색하기 위한 하기 화학식 I에 따른 안료의 용도뿐만 아니라 이 염료로 염색된 반합성 또는 합성 소수성 섬유 물질에 관한 것이다:
화학식 I
상기 식에서,
모든 치환기들은 청구의 범위 제 1 항에서 정의된 바와 같다.

Description

수성 매질에서 분산 염색용 안료 염료의 용도{USE OF PIGMENT DYES FOR DISPERSION DYEING FROM AQUEOUS MEDIA}
"안료"란 단어는 라틴어 기원(피그멘텀(pigmentum))으로, 원래 착색 물질의 의미에서 색을 의미하였지만, 최근에 착색된 장식(예를 들어, 화장)을 의미하는 것으로 확장되었다. 중세 말기에, 상기 단어는 또한 모든 종류의 식물 및 야채 추출물, 특히 착색으로 사용되는 식물에 대하여 사용되었다. 안료란 단어는 생물학 용어에서 이러한 의미로 여전히 사용되고 있으며, 조직에 침착되거나 체액에 현탁될 때 세포 또는 세포막 내부에 매우 작은 낟알로서 존재하는 식물 또는 동물 유기체의 염료를 의미하는 것으로 여겨진다.
안료란 단어와 관련된 현대식 의미는 금세기에 발생하였다. 인정된 기준(DIN(Deutsche Industrie Normen; 독일 공업품 기준 규격) 55943 및 DIN 55945)에 따라, 안료란 단어는 적용 매질에 실제로 불용성인 소립자로 구성된 물질을 의미하며, 그의 착색, 보호 또는 금속 특성 때문에 사용된다. 안료와 염료 둘다는 일반 용어 "착색 물질"에 포함되어 있지만, 이들의 착색 특성을 위해 사용된 모든 물질을 의미한다. 안료와 가용성 유기 염료를 구분하는 특징은 이들의 용해도가 용매 및 결합제에서 낮다는 것이다. 안료는 화학 조성, 및 광학 또는 공업 특성을 특징으로 할 수 있다.
색 지수(C.I.; Color Index)에서, 안료는 일반적으로 "C.I. 피그먼트(Pigment) XY xy"로 명명된다. 일부 화합물은, 물 또는 유기 용매 중에서 이들 화합물이 DIN 55943 및 DIN 55945에 따라 안료에 대한 불용성 표준을 충족시킬 수 있지만, 중합체 적용에서 이동 경향 때문에 "C.I. 솔벤트(Solvent) XY xy"로 명명될 수 있다.
안료는 다음 2개의 범주로 분류될 수 있다: (i) 무기 안료 및 (ii) 유기 안료.
안료를 사용하는 가장 중요한 분야는 도료, 바니시, 플라스틱, 예술가의 물감, 종이 및 직물용 날염 잉크, 가죽 장식, 건축 재료(시멘트, 초벌칠, 콘크리트 벽돌 및 타일 - 대부분 산화철 및 산화크롬 안료를 기재로 한다), 인조 가죽, 바닥 차폐물, 고무, 종이, 화장품, 도자기 유약 및 에나멜이다.
도료 산업은 대체로 고품질의 안료만을 사용한다. 최적의 균일한 입자 크기는 광택, 은폐력, 착색 강도 및 담색력에 영향을 미치기 때문에 중요하다. 도료 필름은 지나치게 두껍지 않아야 하기 때문에, 최적의 분산 특성과 함께 양호한 착색 강도 및 은폐력을 갖는 안료가 요구된다.
백색 안료가 백색 착색 및 차폐용으로 사용될 뿐만 아니라, (담색) 착색 및흑색 안료를 감소하는데도 사용된다. 이는 최소의 고유 착색 색조를 가져야 한다.
특정 적용을 위한 안료를 선택할 경우, 몇 가지 점들이 통상적으로 고려되어야 한다. 착색 특성(예를 들어, 색, 착색 강도, 담색력 및 차폐력)은 적용 효율성 및 경제성을 결정하는데 중요하다. 또한, 다음 특성도 중요하다:
(1) 일반적인 화학 및 물리 특성: 화학 조성, 수분 및 염 함량, 수-용해성 및 산-용해성 물질의 함량, 입자 크기, 밀도 및 경도.
(2) 안정도 특성: 광, 날씨, 열 및 화학약품에 대한 저항성, 항-부식 특성 및 광택 유지 .
(3) 결합제에서의 거동: 결합제 특성과의 상호 작용, 분산성, 특정 결합제에서의 특별한 특성, 상용성 및 고용화 효과.
중요한 적용 분야의 하나는 중합체 섬유, 특히 폴리에스테르 섬유의 대량 염색이다. 중합체 용융물을 직접 염색하고 방적(spin)하는 방법은, "방적 염색"이라고 명명된다. 안료 염료는 260℃ 초과의 온도에서 중합체 용융물, 예를 들어 폴리에스테르에 "용해"된다. 용융 방적 방법에 있어서, 온도는 일반적으로 더욱 높으며, 예를 들어 폴리에스테르의 경우 약 285℃이다. 염료 분자가 현저하게 분해되지 않고 이와 같은 고온에 저항할 수 있는 소수의 안료 종류가 있다.
분산 염료는 분산 콜로이드성 형태로 소수성 섬유 및 직물을 염색하고 날염하는데 적합한 낮은 수용성을 갖는 착색제이다.
폴리에스테르 섬유를 분산 염료로 염색하는 모형들이 개발되었다. 염료를 수성 매질에서 적용하는 경우, 분자로 분산된 수용액이 섬유 표면에 흡수된 후 섬유 내부로 확산된다. 다음 매개변수는 염색 속도 및 어느 정도까지의 균염 특성을 결정한다:
(1) 염료의 분산된 결정질 상태로부터 분자로 분산된 상으로의 전이 동안의 용해 속도; 및
(2) 섬유 표면, 및 특히 섬유 내부에서의 용해 속도.
상기 방법 둘다의 속도는 온도에 따라 달라진다.
염료 분자의 기하 구조 및 극성에서의 차이는, 단일-성분 또는 혼합 염색 방법을 사용하든 지에 관계없이 마무리 또는 염료-특이적 특성에서 많은 변화를 일으킬 수 있으며, 모든 염료의 흡착 특성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이를테면, 동일하지 않은 분포의 입자 크기가 불충분한 분산 안정성의 결과를 가져올 때 비-균일 염색이 발생할 수 있기 때문에, 결정의 성장 및 기재 표면에서의 침전이 발생할 수 있다.
염색 공정에서의 온도는 일반적으로 120℃ 이하이기 때문에, 염료 분자의 온도 안정성은 매우 중요하지 않다. 일부의 경우에서, 염색 공정에서의 온도는 130 내지 140℃ 이하일 수 있다. 산업적으로 적용된 분산 염료는 수많은 발색단 계통을 주로 함유한다. 모든 생성물의 약 60%는 아조 염료이고, 약 25%는 안트라퀴논 염료이며, 나머지는 퀴노프탈론, 메틴, 나프탈이미드, 나프토퀴논 및 니트로 염료에 분포되어 있다. 염료 분자는 염색되는 생성물에 따라 그의 특성을 최적화하기 위해 광범한 치환기에 의해 개질된다.
놀랍게도, 중합체 섬유, 특히 폴리에스테르 섬유를 대량 염색하는데 상??되는 특정 안료(예를 들어, 클라리언트(CLARIANT)의 상표인 폴리신트렌(Polysynthren; 등록상표)과 산도플라스트(Sandoplast; 등록상표)의 안료)가, 수성 매질에서 방직(textile) 섬유를 염색하는데 사용될 수 있음이 밝혀졌다.
폴리에스테르를 대량 염색하기 위한 분산 염료로서 사용되는, 화학 구조가 매우 상이한 안료는 범위가 제한되었다. 공통적인 요소는 스핀 염색 공정의 고온에서 안전성에서 최적화된 오히려 제한된 측쇄 기를 갖는 오히려 대칭, 밀집 및 견고한 구조를 갖는다는 것이다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 폴리신트렌(등록상표)과 산도플라스트(등록상표) 안료에 대한 바람직한 예로는, C.I. 솔벤트 레드(Red) 135 및 C.I. 솔벤트 오렌지(Orange) 60으로서 색 지수에 기재되어 있다.
본 발명은 수성 매질에서 분산 염료로서 특정 안료의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 수성 매질에서 수행되는 염색 공정에서 하기 화학식 I에 따른 안료 또는 안료 혼합물의 용도에 관한 것이다:
상기 식에서,
R1내지 R4는 서로 독립적으로 H, 할로겐, -NO2, -CN, -OH, -CH3, -NH2또는 NHCH3을 나타낸다.
바람직하게, R1내지 R4가 서로 독립적으로 H, 할로겐 또는 -CN을 나타내는 안료 또는 안료 혼합물이 사용된다.
더욱 바람직하게, R1내지 R4가 서로 독립적으로 H, -Cl 또는 -CN을 나타내는 안료 또는 안료 혼합물이 사용된다.
R1내지 R4가 모두 H 또는 -Cl인 화학식 I의 안료 또는 화학식 I의 안료 혼합물이 특히 바람직하다.
화학식 I의 R1내지 R4가 모두 -Cl인 안료는 C.I. 솔벤트 레드 135(클라리언트의 상표인 폴리신트렌(등록상표) 레드 GFP)로서 공지되어 있다.
화학식 I의 R1내지 R4가 모두 H인 안료는 C.I. 솔벤트 오렌지 60(노바르티스(NOVARTIS)의 상표인 산도플라스트(등록상표) 오렌지 3G)으로서 공지되어 있다.
본 발명에 따라, 화학식 I의 안료는 반합성 및 바람직하게는 합성 소수성 섬유 물질, 특히 방직 물질을 염색하고 날염하는데 사용된다. 또한, 반합성 소수성 섬유 물질을 포함하는 혼방으로 구성된 방직 물질은 본 발명의 염료에 의해 염색되거나 날염될 수 있다.
적합한 반합성 방직 물질은 주로 셀룰로스-2½-아세테이트, 셀룰로스 트리아세테이트 폴리아미드 및 고분자량의 폴리에스테르뿐만 아니라 이들과 셀룰로스의 혼합물이다.
합성 소수성 방직 물질은 주로 선형 방향족 폴리에스테르, 예를 들어 테레프탈산 및 글리콜, 특히 에틸렌 글리콜 또는 테레프탈산과 1,4-비스(하이드록시메틸)사이클로헥산의 축합물로 구성된 것; 폴리카보네이트, 예를 들어 α,α-디메틸-4,4'-디하이드록시디페닐메탄 및 포스겐으로 구성된 것; 및 염화폴리비닐 및 폴리아미드계 섬유로 구성된다.
소수성 합성 물질은 시트상 또는 섬조상 구조의 형태일 수 있으며, 예를 들어 얀(yarn) 또는 짜거나 뜨거나 루프로 된 직물로 제조될 수 있다. 또한, 화학식 I의 안료는 마이크로 섬유 형태의 소수성 합성 물질을 염색하는데 적합하다.
사용하기 전에 편의상 화학식 I에 따른 안료를 염료 배합물로 전환한다. 이는 상기 염료를 0.1 내지 10μ의 평균 입자 크기로 분쇄함으로써 수행된다. 분쇄는 분산제의 존재하에 수행될 수 있다. 전형적으로, 건조 안료는 분산제를 사용하여 분쇄된 후 진공 건조되거나 분무 건조된다. 날염 페이스트(paste) 및 염욕은 이렇게 수득된 배합물에 물을 첨가함으로써 제조될 수 있다.
화학식 I에 따른 안료는 공지된 염색 또는 날염 방법, 예를 들어 프랑스 특허원 제 1445371 호에 기재된 방법에 의해 방직 물질에 적용된다.
전형적으로, 폴리에스테르 섬유 물질은 통상적인 음이온성 또는 비이온성 분산제의 존재 및 통상적인 팽윤제(담체)의 존재 또는 부재하에 65 내지 140℃의 온도 범위에서 염착(exhaust) 방법에 의해 수성 분산액으로부터 염색된다.
셀룰로스-2½-아세테이트는 바람직하게는 65 내지 85℃의 온도에서 염색되고, 셀룰로스 트리아세테이트는 125℃ 이하의 온도에서 염색된다.
화학식 I에 따른 안료는 써모졸(thermosol) 방법에 의한 염색, 염착 및 연속 방법에 적합하며, 모던 이미지(modern imaging) 방법, 예를 들어 열-전이 날염 또는 잉크젯 날염 방법으로 날염하는데 적합하다.
염색은 염착 방법에 의해 수성 염액에서 수행되며, 염액 비율은, 예를 들어 1:4 내지 1:100, 바람직하게는 1:6 내지 1:50의 넓은 범위에서 선택될 수 있다.
염색 시간은 20 내지 90분, 바람직하게는 30 내지 80분이다.
상기 염액은 기타 첨가제, 예를 들어 염색 보조제, 분산제, 습윤제 및 발포 방지제를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 염액은 무기산, 예를 들어 황산 또는 인산; 편의상 유기산, 예를 들어 포름산 또는 아세트산; 및/또는 염, 예를 들어 아세트산암모늄 또는 황산나트륨을 포함할 수 있다. 산은 주로 염액의 pH를 바람직하게는 4 내지 5의 범위로 조정하는 역할을 한다.
안료는 통상적으로 미세 분산물의 형태로 염액에 존재한다. 이러한 분산액을 제조하는데 적합한 분산제로는, 예를 들어 방향족 설폰산/포름알데하이드 축합물, 설폰화 크레졸 오일/포름알데하이드 축합물, 리그닌 설폰네이트 또는 아크릴산 유도체의 공중합체, 바람직하게는 방향족 설폰산/포름알데하이드 축합물 또는 리그닌 설포네이트와 같은 음이온성 분산제; 또는 산화에틸렌 또는 산화프로필렌으로부터 다중 첨가 반응에 의해 수득가능한 산화폴리알킬렌계 비이온성 분산제가 있다. 더욱 적합한 분산제로는 미국 특허 제 4,895,981 호 또는 제 5,910,624 호에 기재되어 있다.
이와 같이 수득된 염색 또는 날염은 전반적인 견뢰도가 양호하며, 특히 열-이염 견뢰도, 광 견뢰도, 열-고착 견뢰도 및 주름 견뢰도가 우수할 뿐만 아니라 습식 견뢰도도 탁월하다.
또한, 본 발명은 화학식 I의 안료로 염색되거나 날염되는 반합성 또는 바람직하게는 합성 소수성 섬유 물질에 관한 것이다.
하기 실시예에서, 부 및 %는 중량을 기준으로 한다. 온도는 섭씨 온도로 주어진다.
실시예 1
하기 화학식 Ia의 안료(17.5부) 및 리그닌 설포네이트계 상업용 분산제(32.5부)를 분말로 분쇄하였다:
상기 염료 제제(1.2부)를 황산암모늄(40부)을 포함하는 70℃의 탈염수(2000부)에첨가하고, 85%의 포름산을 사용하여 염욕의 pH 값을 5로 설정하였다. 세척한 폴리에스테르 섬유 직물(100부)을 염욕에 넣고, 용기를 밀폐하고, 20분에 걸쳐 130℃로 가열하고, 이 온도에서 60분 동안 추가로 염색을 계속하였다. 냉각시킨 후, 폴리에스테르 섬유 직물을 염욕에서 제거하고, 헹구고, 비누칠하고, 통상적인 방법으로 나트륨 하이드로설파이트로 환원시켜 세척하였다. 열-고착(180℃, 30분) 후, 전반적인 견뢰도, 특히 광 및 승화 견뢰도, 특히 습식 견뢰도가 매우 양호한 오렌지색 염색을 수득하였다.
유사하게, 하기 화학식 Ib의 안료를 사용하여 폴리에스테르 얀을 염색할 수 있다. 그 결과, 적색 염색을 수득하였다:

Claims (5)

  1. 염색 공정이 수성 매질에서 수행됨을 특징으로 하는, 반합성 또는 합성 소수성 섬유 물질을 염색하기 위한 하기 화학식 I에 따른 안료 또는 안료 혼합물의 용도:
    화학식 I
    상기 식에서,
    R1내지 R4는 서로 독립적으로 H, 할로겐, -NO2, -CN, -OH, -CH3, -NH2또는 NHCH3을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R1내지 R4가 서로 독립적으로 H, 할로겐 또는 -CN인 안료의 용도.
  3. 제 1 항에 있어서,
    R1내지 R4가 서로 독립적으로 H, -Cl 또는 -CN인 안료의 용도.
  4. 제 1 항에 있어서,
    R1내지 R4가 모두 H인 안료의 용도.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 따른 안료를 사용하여 염색된 반합성 또는 합성 소수성 섬유 물질.
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