TWI622689B - 微波染色設備及微波染色方法 - Google Patents

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Abstract

一種微波染色設備，包含腔體以及微波訊號源。腔體用以盛裝染液並使紡織物浸置於染液中。微波訊號源用以在腔體之內部發射微波訊號，以對紡織物進行染色處理。

Description

微波染色設備及微波染色方法
本發明是指一種對紡織物進行染色處理的設備及方法，且特別是指一種利用微波訊號對紡織物進行染色處理的設備及方法。
人造聚酯纖維相較於天然纖維具有較佳的抗拉強度、較高的拉伸模數以及較佳的抗化學藥品性，故已被廣泛使用在紡織業。聚酯纖維為疏水性纖維，而對聚酯纖維進行染色處理之方法以高溫高壓染色的方法最為普遍。在傳統的高溫高壓染色方法中，首先對纖維進行熱處理，纖維受到高溫而膨脹，且纖維孔隙因而張開，使得染料分子可進入纖維分子間，接著纖維孔隙隨著溫度降低而收縮，使得染料分子可固著在纖維中。但是，這些纖維的結構緻密且缺乏親水性基團，以水為媒介對這些纖維進行染色加工時必須在高溫環境下進行且需添加大量助劑，使得染料分子藉由水的攜帶而滲入至纖維內，故引染加工時間極長。除此之外，傳統的高溫高壓染色方法需耗費相當多的水及染料，不僅造成生產成本高昂，產生的大量廢水亦造成環保問題。
本發明的目的是在於提供一種利用微波訊號對紡織物進行染色加工的設備及方法，其可減少染色加工時間及成本並有效提升紡織物之著色度，且可減少廢水的產生，避免嚴重污染和破壞環境。
根據本發明之上述目的，提出一種微波染色設備，此微波染色設備包含腔體以及微波訊號源。腔體用以盛裝染液並使紡織物浸置於染液中以對紡織物進行染色處理。微波訊號源用以在腔體之內部發射微波訊號。
依據本發明之一實施例，上述微波訊號源發射之微波訊號的頻率為0.915吉赫(GHz)或2.45吉赫，且上述微波訊號源發射之微波訊號的功率密度介於0.04瓦/平方公分(W/cm2)與2.61瓦/平方公分之間。
依據本發明之又一實施例，上述微波訊號源發射之微波訊號為脈衝式(pulse)微波訊號或連續式(continuous)微波訊號。
依據本發明之又一實施例，上述腔體之內部壓力介於1.01325巴(bar)與10巴之間。
根據本發明之上述目的，另提出一種微波染色方法，此微波染色方法包含以下步驟。首先，將紡織物浸置於染液中。接著，發射微波訊號至染液，以對浸置於染液中之紡織物進行染色處理。
依據本發明之一實施例，上述染液係直接染料(direct dyestuffs)、反應性染料(reactive dyestuffs)、硫化染料(sulfur dyestuffs)、酸性染料(acid dyestuffs)、分散性染料(disperse dyestuffs)、鹽基 性染料(cationic dyestuffs)、甕染料(vat dyestuffs)、顏料(pigment)或上述染料之組合。
依據本發明之又一實施例，上述微波訊號之頻率為0.915吉赫或2.45吉赫，且上述微波訊號之功率密度介於0.04瓦/平方公分與2.61瓦/平方公分之間。
依據本發明之又一實施例，上述紡織物包含天然纖維、天然聚合纖維、合成聚合體纖維或前述材料之組合。
依據本發明之又一實施例，上述染液之介電常數介於30與100之間，且上述染液之正切損失介於0.05與10之間。
依據本發明之又一實施例，上述紡織物浸置於上述染液中之深度介於0與20毫米之間。
本發明的優點在於，本發明的染色加工設備和染色加工方法可減少染色加工時間及成本並有效提升紡織物之著色度。此外，本發明的染色加工設備和染色加工方法可減少廢水的產生，避免嚴重污染和破壞環境。
100‧‧‧微波染色設備
110‧‧‧腔體
112‧‧‧染液
112A‧‧‧液面
114‧‧‧紡織物
120‧‧‧微波訊號源
200‧‧‧微波染色方法
210、220‧‧‧步驟
D‧‧‧深度
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依據本發明實施例之微波染色設備的示意圖；〔圖2〕係繪示依據本發明實施例之微波染色方法的流程圖； 〔圖3A〕至〔圖3C〕係繪示微波訊號之頻率為0.915吉赫(GHz)且紡織物位於染液中不同深度的電場強度分佈圖；以及〔圖4A〕至〔圖4C〕係繪示微波訊號之頻率為2.45吉赫且紡織物位於染液中不同深度的電場強度分佈圖。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
請參照圖1，圖1係繪示依據本發明實施例之微波染色設備100的示意圖。微波染色設備100包含腔體110和微波訊號源120，其中腔體110用以盛裝染液112並使紡織物114浸置於染液112中，而微波訊號源120用以對染液112發射微波訊號，以對浸置於染液112中的紡織物114進行染色處理。
腔體110的底部具有一定空間以盛裝染液112，且其可具有紡織物114的進出口和輥輪(圖未繪示)使得紡織物114受到牽引而浸置於染液112中。腔體110的結構可被設計成其微波洩漏低於5毫瓦/平方公分(mW/cm2)，以有效阻隔微波訊號的洩漏，且腔體110的內部壓力可介於1.01325巴(bar)與10巴之間。
微波訊號源120可以是設置在腔體110外，並透過訊號傳輸線將微波訊號傳輸至腔體110後在腔體110的內 部朝向染液112發射出。在其他實施例中，微波訊號源120設置在腔體110上，以直接對腔體110中的染液112發射微波訊號。微波訊號源120發射之微波訊號可以是例如脈衝式微波訊號或連續式微波訊號，其頻率可以是例如0.915吉赫(GHz)和2.45吉赫，但不限於此。微波訊號的波形種類和頻率可根據微波染色設備100的所在環境對應變更。此外，微波訊號的功率密度可介於0.04瓦/平方公分(W/cm2)與2.61瓦/平方公分之間，以降低電力的消耗。
腔體110的內部壓力可用於控制染液112被氣化之現象，其將會影響染液112的濃度變化。在固定微波訊號源120發出之微波訊號的頻率(0.915吉赫或2.45吉赫)下，染液112的介電常數及正切損失在其經過加熱後會產生變動，其將會決定染液對應電磁波的穿透量、反射量及吸收量。因此，透過選擇特定染液112的介電常數和正切損失，可有效控制染液112的含水比例，進而減少污水量及達到高染色率的效果。在一些實施例中，染液112的介電常數和正切損失可分別介於30與100之間和介於0.05與10之間。
請參照圖2，圖2係繪示依據本發明實施例之微波染色方法200的流程圖。為方便說明，以下係以微波染色方法200應用至微波染色設備100為例，而在其他實施例中，微波染色方法200可應用至其他類似設備，其不以應用至微波染色設備100為限。
在步驟210中，紡織物114被浸置在腔體110內的染液112中。使用的染液112的介電常數和正切損失分別 介於30與100之間和介於0.05與10之間。此外，紡織物114浸置在染液112中的深度D介於0與20毫米之間，即紡織物114距離染液112之液面112A的距離介於0與20毫米之間。
在步驟220中，由微波訊號源120產生的微波訊號被朝向染液112發射，以對浸置於染液112中的紡織物114進行染色處理。發射的微波訊號可以是例如脈衝式微波訊號或連續式微波訊號，其頻率可以是例如0.915吉赫和2.45吉赫，但不限於此。微波訊號的波形種類和頻率可根據進行微波染色方法200的環境對應變更。在固定微波訊號源120發出之微波訊號的頻率(0.915吉赫或2.45吉赫)下，此微波訊號的功率密度可用於控制染色的製程參數，且其大小會影響染液112的加熱時間及溫度，若染色製程可使用低功率密度達成，則可大幅降低電力的消耗。在一些實施例中，微波訊號的功率密度可介於0.04瓦/平方公分與2.61瓦/平方公分之間。
在上述實施例中，紡織物114的材料可以是天然纖維、天然聚合纖維、合成聚合體纖維，或是上述材料的組合。天然纖維可以是動物纖維、植物纖維或礦物纖維等。天然聚合纖維可以是海藻纖維、天然橡膠纖維、再生蛋白質纖維、再生纖維素纖維或纖維素酯纖維等。合成聚合體纖維可以是聚碳醯銨(Polycarbamide)纖維、聚烯烴(Polyolefin)纖維、聚乙烯基系(Polyvinyl-based)纖維、聚醯胺(Polyamide)纖維、聚氨基甲酸酯(Polyurethane)纖維、聚異戊間二烯(Polyisoprene) 纖維、聚酯(Polyester)纖維或聚碳酸酯(Polycarbonate)纖維等。
此外，在上述實施例中，染液112的成分可對應紡織物114的材料來決定。染液112可以是直接染料(direct dyestuffs)、反應性染料(reactive dyestuffs)、硫化(sulfur dyestuffs)、酸性染料(acid dyestuffs)、分散性染料(disperse dyestuffs)、鹽基性染料(cationic dyestuffs)、甕染料(vat dyestuffs)、顏料(pigment)，或是上述染料的組合。
直接染料是以偶氮基為主體的直線狀構造，其包含硫酸根之親水基團，又稱水溶性陰離子染料。直接染料可藉由氫鍵結合原理直接染上纖維素纖維。以直接染料對紡織物114進行染色加工後，可再使用硫酸銅、甲醛和/或四級氨鹽等化合物進行後續處理。
反應性染料具有反應基，其可與纖維素纖維之羧基(-OH)產生共價鍵之堅牢結合，且其溶於水後呈陰離子性。
硫化染料係以芳香族有機化合物之染料中間體與硫磺及多硫化鈉等加熱反應而製成之染料，其不溶於水但可溶於加熱之硫化鈉溶液中。硫化染料之硫化物基團(-S-)或二硫化物基團(-S-S-)被還原而被纖維素纖維吸收，接著再經氧化作用而固著在纖維素纖維中。
酸性染料的化學構造含羧基、磺基(-SO3H)或羧酸基(-COOH)等官能基，其易溶於水而呈現陰離子 性。在進行染色加工時，酸性染料可與羊毛或蠶絲等紡織物進行離子鍵結合。
分散性染料分散於水中，其與聚酯纖維進行凡得瓦爾力結合而達成染色效果，且其不含磺基或羧酸基等基團。
鹽基性染料的化學構造不含酸性基團，且其在水溶液中呈現陽離子性，故鹽基性染料又稱陽離子染料。鹽基性染料在酸性液體中較安定，其隨著液體的pH值增加而呈現不安定甚至沈澱或分解，故鹽基性染料進行染色加工時需藉助單寧酸為媒染劑且與吐酒石固著在紡織物中。
甕染料在化學構造上可分為靛藍類(indigoid)與蒽醌(anthraquinone)兩種，其不溶於水，且其在鹼性溶液中變為可溶性之隱色體的鈉鹽。甕染料被紡織物吸收後，再經氧化作用而顯色固著在紡織物中。
顏料為無機礦物質，其對任何纖維不具親和力且不溶於水，故顏料需借助接著劑(binder)固著於織物上。顏料可應用在棉、嫘縈及其他合成纖維織品之印花加工。
圖3A至圖3C係繪示微波訊號源120發射之微波訊號的頻率為0.915吉赫且紡織物114置於染液112中的深度D分別為0、10毫米和20毫米的電場強度分佈圖。在圖3A至圖3C中，顏色相對較淺之處代表電磁強度相對較強，反之則代表代表電磁強度相對較弱。由圖3A至圖3C可知，紡織物114置於染液112中的深度D愈深時所受到的電場能量愈低，而使得紡織物吸附染液之效能對應降低。由上述可 知，紡織物114置於染液112中的深度D小於20毫米時具有較佳的著色度。
圖4A至圖4C係繪示微波訊號源120發射之微波訊號的頻率為2.45吉赫且紡織物114置於染液112中的深度D分別為0、10毫米和20毫米的電場強度分佈圖。在圖4A至圖4C中，顏色相對較淺之處代表電磁強度相對較強，反之則代表代表電磁強度相對較弱。由圖4A至圖4C可知，紡織物114置於染液112中的深度D愈深時所受到的電場能量愈低，而使得紡織物吸附染液之效能對應降低。同樣地，在微波訊號的頻率為2.45吉赫的環境下，紡織物114置於染液112中的深度D小於20毫米時具有較佳的著色度。
透過本發明之微波染色設備及微波染色方法，可減少染色加工時間並有效提升紡織物之著色度。此外，相較於習知使用高溫高壓染色處理方式，本發明可減少水及染料的使用，且可減少廢水的產生，故可降低染色加工成本以及避免嚴重污染和破壞環境。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種微波染色設備，包含：一腔體，其用以盛裝一染液並使一紡織物浸置於該染液中，其中該染液之介電常數介於30與100之間，且該染液之正切損失介於0.05與10之間；以及一微波訊號源，用以在該腔體之內部發射一微波訊號，以對該紡織物進行染色處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微波染色設備，其中該微波訊號源發射之微波訊號的頻率為0.915吉赫(GHz)或2.45吉赫，且該微波訊號源發射之微波訊號的功率密度介於0.04瓦/平方公分(W/cm2)與2.61瓦/平方公分之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微波染色設備，其中該微波訊號源發射之微波訊號為一脈衝式微波訊號或一連續式微波訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微波染色設備，其中該腔體之內部壓力介於1.01325巴(bar)與10巴之間。
  5. 一種微波染色方法，包含：將一紡織物浸置於一染液中，其中該染液之介電常數介於30與100之間，且該染液之正切損失介於0.05與10之間；以及發射一微波訊號至該染液，以對浸置於該染液中之該紡織物進行染色處理。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微波染色方法，其中該染液係一直接染料(direct dyestuffs)、一反應性染料(reactive dyestuffs)、一硫化染料(sulfur dyestuffs)、一酸性染料(acid dyestuffs)、一分散性染料(disperse dyestuffs)、一鹽基性染料(cationic dyestuffs)、一甕染料(vat dyestuffs)、一顏料(Pigment)或前述染料之組合。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之微波染色方法，其中該微波訊號之頻率為0.915吉赫或2.45吉赫，且該微波訊號之功率密度介於0.04瓦/平方公分與2.61瓦/平方公分之間。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之微波染色方法，其中該紡織物包含天然纖維、天然聚合纖維、合成聚合體纖維或前述材料之組合。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之微波染色方法，其中該紡織物浸置於該染液中之深度介於0與20毫米之間。
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