TWI529269B - Preparation of Fibrous Material for Water - Google Patents

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纖維材料的固色撥水製法
本發明是有關於一種固色撥水製法，特別是指一種針對聚醯胺纖維材料進行固色及撥水加工的固色撥水製法。
人們喜歡購買各種不同顏色的衣物，以滿足穿著搭配的需求。而賦予衣物各種不同顏色的工法，即所謂的染色及固色工法。此工法久經業界發展，已有長足的進步。但隨著消費者對於衣物功能要求的日益增加，讓衣物具有撥水功能是目前機能性衣物的基本要求。此等具有撥水功能的衣物，在某些長時間處於陰雨天的地區受到相當大的歡迎，也因此使許多成衣業者紛紛投入撥水處理工法的開發。然而在開發此類型衣物的過程發現，衣物要同時進行固色處理及撥水加工時，衣物的撥水效果往往不理想，即經過撥水處理的衣物在重複洗滌後，其撥水效果會快速降低。因此，如何讓具有氨基之聚醯胺纖維材料能夠維持較佳固色效果的同時，增進材料的撥水耐洗度，是該領域待解決的問題。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以在維 持較佳的固色效果，並增進聚醯胺纖維材料的撥水耐洗度之纖維材料的固色撥水製法。
於是，本發明纖維材料的固色撥水製法，針對聚醯胺纖維材料進行固色及撥水加工。該聚醯胺纖維材料的聚醯胺聚合物含量不低於50wt%，並包含一染色及固色處理步驟，以及一撥水處理步驟。
該染色及固色處理步驟是將該聚醯胺纖維材料放進一染浴中染色後再進行皂洗，接著將該醯胺纖維材料放入一個包含有固色劑及撥水增進劑的固色浴中浸泡再進行水洗。其中，該固色浴的pH值介於3.8-4.2間。
該撥水處理步驟是將該聚醯胺纖維材料放進一個包含有撥水劑的撥水處理浴中，之後再烘乾定型。其中，該撥水處理浴的pH值介於5-5.5間。
本發明所述的聚醯胺聚合物，是指主要由具有羧酸基(-COOH)的單體與具有氨基的單體(-NH2)縮合聚合而成的聚合物。當然，亦可由其他單體聚合而成，即具有類似醯胺結構的聚合物皆包含在本發明的範圍內。前者如己二胺與己二酸縮合聚合而成的Nylon6,6，後者如己內醯胺聚合而成的Nylon6。前述所稱的聚醯胺纖維材料可為100wt%的聚醯胺聚合物所製成，亦可為聚醯胺纖維與其他種類的纖維混紡而成，例如亦可與聚酯纖維以一比一的比例混紡。另外，聚醯胺纖維材料也可具有Spandex。Spandex為聚氨酯(Polyurethane)及聚脲(Polyurea)的共聚物，但Spandex在該聚醯胺纖維材料中的比例不高於10wt%。較佳 地，該聚醯胺纖維材料中所含之聚醯胺纖維的比例不低於50wt%。而該聚醯胺纖維材料的形式亦無特別的限制，可以是纖維本身、纖維所製成的紗線，或者由紗線製成的布品。例如，以平織或針織(平紋)製成的布品等等。
本發明前述染浴所使用的染料為能解離出陰離子與氫離子的酸性染料。主要因為聚醯胺纖維材料本身的化學結構具有氨基(-NH)，而氨基上的氮原子為具有高電負度的原子，故容易帶有局部的負電荷，能吸附帶有正電荷的氫離子貼附其上，並形成帶正電荷的基團(-NH3 +)。帶正電荷基團即可吸引以陰離子形態存在於染浴中的酸性染料。所述的酸性染料之具體例為具有磺酸基(Dye-SO3H)或羧酸基(Dye-COOH)的染料，但是在染料的選擇上並不以前述舉例為限。其中具有磺酸基的染料能在溶液中解離出帶負電的磺酸根(Dye-SO3 -)與氫離子，該帶負電的磺酸根會受到帶正電荷的基團(-NH3 +)吸引而靠近，使得該具有磺酸基的染料可附著在所述的聚醯胺纖維材料上，並完成染色的加工。至於染浴的pH值控制為習知技術，不多加詳述。
酸性染料所解離出的陰離子雖可受到聚醯胺材料帶正電荷的基團吸引，然而此種吸引力雖強過凡得瓦力，但相較於化學鍵之類的強鍵結仍屬偏弱，因此在染色後，染料與聚醯胺纖維材料之間的結合力較差，通常會再經一固色浴做固色處理。而固色浴所添加的固色劑的原理可大致分為以下幾種：(1)令固色劑與酸性染料反應，使酸性染料轉變為不溶於水的沉澱物，進而使酸性染料遇水不溶 解脫落。(2)該固色劑可在纖維材料上生成網狀薄膜，以阻礙酸性染料的分子脫落。(3)該固色劑具有類似交聯劑的效果，可對酸性染料與聚醯胺纖維材料進行化學反應產生化學鍵結，從而將酸性染料與聚醯胺纖維材料固著在一起。(4)固色劑與聚醯胺纖維材料產生分子間的氫鍵作用力，以增加固色劑的固色效果。
本發明所述的固色劑為包含磺酸基、芳香環及羥基的陰離子型聚合物。較佳地，所述的固色劑是選自於多硫化合物與苯酚合成的硫分類化合物、芳香磺酸鹽、二羥基二苯碸磺酸鹽及甲醛或此等之組合所組成的群體所聚合而成的聚合物。更佳地，該固色劑是包含選自於如式(I)、式(Ⅱ)及式(Ⅲ)或此等之組合所組成的群體的聚合物。
該具有磺酸根(-SO3 -)的固色劑可利用該磺酸根附著在所述聚醯胺材料帶正電的基團(-NH3 +)上。且該聚合物形式的固色劑可在聚醯胺材料上生成一層阻礙酸性染料再溶出的薄膜。此外，該固色劑所具有的羥基，亦可與聚醯胺纖維材料上的氮原子形成分子間氫鍵，而有效地固著在所述聚醯胺纖維材料上。最後，該固色劑的陰離子與前 述酸性染料的陰離子間亦存在斥力，而能阻礙所述酸性染料的擴散。
本發明的固色浴除了添加固色劑外，更添加了撥水增進劑。所述的撥水增進劑為磺酸化酚聚合物，具體例如：二羥基二苯碸磺酸鹽的聚合物，或者二羥基二苯碸磺酸鹽與甲醛的聚合而成的聚合物。該撥水增進劑具有與含有磺酸基之固色劑類似的磺酸基結構，因此同樣可吸附在所述聚醯胺纖維材料上，並且能在聚醯胺聚合物上產生堅韌的氟樹脂親和基，且在後續的撥水處理時，與撥水劑產生強韌鍵結，從而能將撥水劑與所述聚醯胺材料結合，有效提升撥水處理之耐洗滌性。此外，由於該撥水增進劑的結構與該固色劑類似，且該撥水增進劑需有足夠反應時間與所述的聚醯胺纖維材料進行化學鍵結，所以適合添加在需浸泡一段時間的固色浴中。
又本發明之固色浴的pH值若低於3.8時，解離出來的氫離子，將會過多地附著在所述聚醯胺纖維材料的氮原子上，使得所述聚醯胺纖維材料上的氨基吸引過多的正電荷，並造成固色劑凝集、產生固色斑，以及固色不均等問題。而當固色浴的pH值大於4.2時，附著於所述聚醯胺纖維材料上之氨基的氫離子數量將會不足。如此一來，聚醯胺纖維材料上的氨基所帶的正電荷就會不足，無法有效地吸引固色劑附著其上，故固色效果較差。綜上所述，本發明該固色浴的pH值必須控制在3.8-4.2之間。可用來調節該固色浴之pH值的控制劑可為蘋果酸或醋酸，但本發 明在實施時並不以前述舉例為限。
本發明使用的撥水劑並無特別的限制，較佳是使用含有氟素的撥水劑，更佳是使用分解後會產生全氟辛酸(Perfluorooctanic Acid，簡稱PFOA，化學式為C7F15COOH)、全氟辛磺酸(Perfluorooctyl Sulfonate，簡稱PFOS，化學式為C8F17SO3H)或全氟己酸(PerFluoroHexanoic Acid，簡稱PFHA，化學式為C5F11COOH)等等化合物的前趨物質，以及前述化合物或其鹽類。由於PFOA及PFOS等化合物的碳數為8個，故在以下的說明中，將前述化合物及其前趨物質統稱稱為C8撥水劑。而該PFHA化合物的碳數為6個，故將該化合物及其前趨物統稱為C6撥水劑。其中，PFOA化合物具有毒性爭議且其動物試驗之半衰期高達約600hr，而PFHA化合物在動物試驗中的半衰期卻只有大約4hr。由於C6撥水劑相較於C8撥水劑有較短的半衰期，故被認為是相對較安全的撥水劑。也因此，本發明主要採用C6撥水劑以及碳數更少的C4撥水劑，以維護消費者的健康安全。雖然不同碳數的撥水劑所產生的有毒物質有半衰期的差異，但不論是何種碳數的撥水劑，其主要的原理皆是利用將長碳鏈的烷基或者氟烷基接枝在織物表面，而將織物表面改質成疏水的性質。
本發明撥水處理浴所添加的撥水劑可為選自於如式(Ⅸ)單體、式(X)單體及式(Ⅷ)單體，或此等之組合所組成的群體聚合而成的聚合物。其中，n可為4-14的偶數 ，而X1為鹵素。
F(CF2)nCH2CH2OCOCH=CH2...................................(Ⅸ)
H(CH2)nCH2CH2OCOCH=CH2..................................(X)
X1-CH=CH2..........................................................(Ⅷ)更佳地，n為4及6，如式(Ⅳ)至式(Ⅶ)所示。
F(CF2)4CH2CH2OCOCH=CH2....................................(Ⅳ)
H(CH2)4CH2CH2OCOCH=CH2...................................(V)
F(CF2)6CH2CH2OCOCH=CH2....................................(Ⅵ)
H(CH2)6CH2CH2OCOCH=CH2...................................(Ⅶ)
本發明該撥水處理浴的pH值低於5時，聚醯胺纖維材料的Zeta電位為正，其離子性為陽離子。由於一般撥水劑皆為弱陽離子，會與纖維材料本身離子性排斥、減少撥水劑與纖維材料的作用力，因此會降低纖維材料的撥水度。而當該撥水處理浴的pH值高於5.5時，聚醯胺纖維材料的Zeta電位為負，其離子性為陰離子，雖可增加弱陽離子與纖維材料的作用力，卻會因溶液pH值偏中性，導致溶液中具有過多的陰離子，而影響到撥水加工液的安定性，且pH值越高，加工安定性越不佳，會造成撥水上到纖維材料不均勻，甚至產生撥水斑，影響到纖維材料的品質。故本發明的撥水處理步驟之撥水處理浴的pH值需控制在5.0-5.5之間。而調整撥水處理浴的pH值的方法與前述調固色浴的pH值的方法相同，在此不重複說明。
本發明之功效在於：透過控制所述固色浴及所述撥水處理浴的pH值，並於固色浴中添加撥水增進劑，可 以讓聚醯胺纖維材料具有較佳的撥水耐洗效果。
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明固色撥水製法的一較佳實施例的一流程方塊圖。
《實施例1》
參閱圖1、表1及表2，先秤取總重為200kg的尼龍布料放進一染浴中再進行皂洗，之後將該尼龍布料放進一固色浴中。該固色浴包含2000L的水，並加入3kg的固色劑、10kg的撥水增進劑，以及pH值調整劑，調整後該固色浴的pH值為4.07。該撥水增進劑是購自於瑋璿科技股份有限公司所販售的產品編號『NB-210』的尼龍纖維表面改質劑。而該固色劑的使用量為1-2g/L水，並可依照所需使用的不同水量來計算。例如本實施例加入2000L的水，即需加入2-4公斤的固色劑。該尼龍布料放入該固色浴後，經過攪拌混合均勻且浸泡40分鐘後，再將該尼龍布料水洗並烘乾定型。
然後準備一撥水處理浴，該撥水處理浴包含200L的水，並加入10kg的撥水劑、1.3kg的架橋劑，以及pH值調整劑，以將該撥水處理浴的pH值為5.1。在實施時，該撥水劑的使用量為50g/L水，可依實際使用量加的水量來計 算所需的使用量。例如本實施例加入200L的水，即需加入10公斤的撥水劑。該架橋劑的使用量為則為5-8g/L水，同樣需可根據所使用的水量來計算所需的使用量。例如加入200L的水時，即需加入1-1.6公斤的架橋劑。在本實施例中，該架橋劑為芳香族聚異氰酸鹽乳化分散物。撥水處理浴完成後，再將該尼龍布料欲撥水的布段浸泡入該撥水處理浴中3-5秒後烘乾定型。最後再分別進行水洗牢度測試、耐汗牢度測試，以及撥水耐洗效果測試，並將結果記載於表2。
《比較例1》
參閱圖1、表1及表2，本比較例與該實施例1類似，不同的地方在於：本比較例的固色浴的pH值為3.5，且該撥水處理浴的pH值為5.1。
《比較例2》
參閱圖1、表1及表2，本比較例與該實施例1類似，不同的地方在於：本比較例的固色浴的pH值為4.75，且該撥水處理浴的pH值為5.1。
《比較例3》
參閱圖1、表1及表2，本比較例與該實施例1類似，不同的地方在於：本比較例的固色浴的pH值為4.07，且該撥水處理浴的pH值為4.0。
《比較例4》
參閱圖1、表1及表2，本比較例與該實施例1類似，不同的地方在於：本比較例的固色浴的pH值為4.07，且 該撥水處理浴的pH值為6.5。
《比較例5》
參閱圖1、表1及表2，本比較例與該實施例1類似，不同的地方在於：本比較例未添加撥水增進劑。
參閱圖1、表1及表2，比較實施例1、比較例1及比較例2可以發現，當該固色浴的pH值未落在3.8-4.2的範圍時，該比較例1及該比較例2的撥水耐洗度經過50次洗滌後的評價，相較於該實施例1的80分，該比較例1雖有80分，但會有產生固色斑的瑕疵而無法使用。至於該比較例2的評價只有70分，且水洗牢度及汗鹼牢度皆不佳。
比較實施例1、比較例3及比較例4，當撥水處理浴的pH值未落在5-5.5的範圍時，該比較例3及該比較例4的撥水耐洗度經過50次洗滌後的評價，相較於該實施例1的80分，該比較例3為0分，而該比較例4的評價也只有60分。
由實施例1與比較例5的實驗結果可知，當該固色浴不添加撥水增進劑時，該尼龍布料經過50次洗滌後的撥水耐洗度評價，從有添加撥水增進劑的80分掉到了50分。
綜上所述，本發明固色撥水製法，透過控制該固色浴的pH值為3.8-4.2，以及控制該撥水處理浴的pH值5-5.5，同時於該固色浴中加入撥水增進劑，確實能使尼龍纖維材料經過50次的洗滌後，其撥水耐洗度的評分仍維持 在80分，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
以上各該測試方法係利用美國化學家及染色家協會(The American Association of Textile Chemists and Colorists,AATCC)所訂定的各種標準方法測試。其中，C,N,P分別代表與試驗布料一同進行測試以了解各種布料間相互影響的棉質布料(Cotton)、尼龍布料(Nylon)，以及聚酯纖維布料(Polyester)。「水洗牢度測試」：係採用AATCC-61方法測試。「耐汗牢度測試」：係採用AATCC-15方法測試。以上二種測試方法係以灰色標判定變退色及污染程度。其中，灰色標5表示無顏色脫落及改變或顏色脫落及改變的程度輕微可忽視，為最佳測試結果。測試評價隨著分數的減少而遞減，最差為灰色標1。「撥水耐洗度測試」：係採用AATCC-135方法的洗滌條件洗滌，再以AATCC-22方法測試。AATCC-22的結果評定標準如下：100代表受噴淋的表面沒有潤濕也無沾附水珠，90代表受噴淋的表面沒有潤濕但有沾附水珠，80代表受噴淋的表面只有在被噴淋的地方潤濕，70代表受噴淋的表面有部分潤濕，50代表受噴淋的表面全部潤濕，0則代表受噴淋的表面與一另一面全潤濕。

Claims (5)

  1. 一種纖維材料的固色撥水製法，針對一聚醯胺纖維材料進行固色及撥水加工，該聚醯胺纖維材料的聚醯胺聚合物含量不低於50wt%，並包含：染色及固色處理步驟：將該聚醯胺纖維材料放進一染浴中染色後再進行皂洗，接著將該聚醯胺纖維材料放入一包含固色劑及撥水增進劑的固色浴中浸泡再進行水洗，其中，該固色浴的pH值介於3.8-4.2間；及撥水處理步驟：將該聚醯胺纖維材料放進一個包含有撥水劑的撥水處理浴中，之後再烘乾定型，其中，該撥水處理浴的pH值介於5-5.5間。
  2. 如請求項1所述的纖維材料的固色撥水製法，其中，該固色劑為包含磺酸基、芳香環及羥基的陰離子型聚合物。
  3. 如請求項2所述的纖維材料的固色撥水製法，其中，該固色劑是選自於芳香磺酸鹽、二羥基二苯碸磺酸鹽及甲醛或此等之組合所組成的群體所聚合而成的聚合物。
  4. 如請求項1所述的纖維材料的固色撥水製法，其中，該撥水劑是由選自於如式(Ⅳ)、式(V)、式(Ⅵ)、式(Ⅶ)及式(Ⅷ)或此等之組合所組成的群體所聚合而成的聚合物，其中，X1為鹵素，F(CF2)4CH2CH2OCOCH=CH2............................(Ⅳ) H(CH2)4CH2CH2OCOCH=CH2...........................(V) F(CF2)6CH2CH2OCOCH=CH2............................(Ⅵ) H(CH2)6CH2CH2OCOCH=CH2...........................(Ⅶ) X1-CH=CH2...................................................(Ⅷ)。
  5. 如請求項1所述的纖維材料的固色撥水製法，其中，該撥水增進劑是選自於二羥基二苯碸磺酸鹽的聚合物及二羥基二苯碸磺酸鹽與甲醛的聚合物，或此等之組合所組成的群體。
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