TWI641742B - 一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序 - Google Patents

Abstract

本發明一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，纖維材料的染色組成物包含：提供一經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供一染色浴組成物，該染色浴組成物包含：助劑、染料及載劑。以染色浴組成物的總重量計，助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料的含量0.01重量%至10重量%；載劑的含量為80重量%至99.98重量%。該經表面處理之纖維材料，係指經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑做表面處理，經處理後之纖維材料能夠提升染色時纖維材料之染色均勻度與著色率。

Description

一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序

本發明一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，纖維材料的染色組成物包含：提供一經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供一染色浴組成物，該染色浴組成物包含：助劑、染料及載劑。以染色浴組成物的總重量計，助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料的含量0.01重量%至10重量%；載劑的含量為80重量%至99.98重量%。該經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑做表面處理之纖維材料，該助劑亦可選自本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，根據本發明能夠提升染色時纖維材料之染色均勻度與著色率。本發明之染色組成物適合各種纖維材料，特別適用於聚乳酸纖維、聚酯纖維材料的染色。本發明之纖維染色程序，包括：提供經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供染色浴組成物，所述染色浴組成物包含：助劑、染料及載 劑；該經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料進一步包含再經電漿處理，以提升染色時纖維材料之染色均勻度與著色率。本發明所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑具有生物可分解、無毒及生物相容性佳之特性，用於紡織染整業是一極佳之纖維表面處理劑、染整助劑，織物纖維經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理後可幫助纖維染色之均染性及著色率，且對皮膚無傷害性，於染整加工使用後之廢水可被微生物所分解，對環境不具污染性。

近年來，由於工業之發展迅速，因而產生二項影響人類生存之嚴重問題，一為能源危機，一為環境污染。能源危機主要起因於石油之大量消費，人類所使用之物品又過分依賴石油原料，造成石油能源之短缺，且由於以石油為原料之產品，甚多不易自然分解。大量之廢棄物，造成地球上嚴重之環境汙染，為減少此現象，污染物之處理技術、減少污染物產生之工程技術及可分解性原材料之開發，甚受重視。

本發明所用之幾丁聚醣是一種胺基葡萄糖所聚合而成之多醣，具多功能、對環境友善的醣類聚合體，此物質具有生物相容性(毒性低、不會產生抗體等)、生物活性(降膽固醇、降血脂、降血壓、增加免疫功能)、生物可分解性、成膜性、成膠性、在酸性溶液帶正電(抗菌、吸附、止血)等特性，因此可當作傷口敷料、貼布、手術縫合線、抗菌防臭布料、保健食品、減肥食品、固定化酵素膽體、化妝品，也可做為果汁澄清劑、水果 保鮮劑、廢水處理劑等，在講究綠色化學、能源再利用的現今社會中，具有極大的開發潛力。

幾丁聚醣廣泛應用於醫學、紡織、化工、農業、食品領域，主要的來源為蝦、蟹、昆蟲等甲殼類動物的外殼與軟體動物的器官(例如烏賊的軟骨)，以及真菌類的細胞壁等。其蘊藏量在地球上的天然高分子中占第二位，僅次於纖維素。基於蝦蟹甲殼類是台灣的重要漁業加工廢棄物，若不加以利用，很容易造成環境汙染。且蝦蟹加工廢棄物富含蛋白質、蝦紅素、幾丁質、鈣等有價值的成分存在，加以回收利用，可產出高附加價值之物質。一般幾丁質與幾丁聚醣之去乙醯度並沒有明確劃分，建議總氮量佔整個聚合物重量(W/W)的百分之七以上者(去乙醯度約60%以上)，稱為幾丁聚醣。幾丁聚醣如下化學式(1)所示

習知技術中大部分的分散性染料的親和力不大，染色時染料的上色率普遍較低，因而有大量染料在染後會殘留在染液中，造成染料浪費及環境污染的問題。

聚乳酸纖維材料(polylactic acid；PLA)是一種環保纖維材料。聚乳酸纖維材料可藉由將玉米或木薯中所提取出的澱粉、由甘蔗或甜菜中所提取的糖、以及由秸稈中所提取的纖維素混合並經過發酵、脫水等處理來獲得。進一步地說，聚乳酸纖維 材料是一種直鏈脂肪族(aliphatic)的熱塑性聚酯類(polyester)，其可耐受消毒處理及易於加工成型，並具有無毒、無刺激性、生物可降解性(biodegradable)及良好的生物相容性(biocompatibility)。聚乳酸纖維材料的玻璃轉移溫度約為60℃、結晶溫度約為110℃、且熔點約為160℃。由聚乳酸纖維材料所製造的產品具有光滑的表面且不會對人體產生危害，故可被應用於製造衣物。

習知的染料對聚乳酸纖維材料的上染率或均染性較低，此造成染色後的聚乳酸纖維材料容易有染料殘留在表面上的問題，進而導致染色後的聚乳酸纖維材料的耐水洗堅牢度或耐光堅牢度過低、甚至是染料浪費及其他的環境問題。因此，開發出一種適用於低溫的染色程序的染色浴組成物，其對聚乳酸纖維材料具有良好的上染率及均染性，並且使得染色後的聚乳酸纖維材料具有高的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度，將是本領域相當重要的一個課題。

聚乳酸(Poly Lactic Acid,PLA)是環保材料，可被自然界中的微生物完全分解，最終生成二氧化碳和水，不會汙染環境，對環境保護非常有利。聚酯纖維(Polyester)製成的衣物不受酸的影響，耐酸性和耐鹼性佳，但高溫時會被分解，不易被微生物分解。因此，以生物可分解的PLA來取代PET纖維材料，惟，PLA纖維材料缺點是不容易深染，特別是分散性染料。

習知技術中矽化合物具有優異的消泡、潤滑、增加光澤等多種優異特性，但其性質本身多半為非水溶性物質，因此在應用上常受到許 多限制，另外在環保概念上使用後往往會造成環境上的污染等問題。

本案發明人已成功合成出幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，是一種具有特殊結構之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，本發明乃利用此幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑對於纖維材料進行表面處理，並可將該經表面處理之纖維材料進一步再經電漿處理後，再進行染色，於不同顏色分散性染料及不同助劑濃度下染色，來得到深染及均勻的效果，亦可並用本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑作為染整助劑來進行染色。

本發明提供一種纖維材料的染色組成物，包含：提供經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供染色浴組成物，該染色浴組成物包含：助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；，其中，該幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，具有下述通式(I)所表示之結構：

式中G代表幾丁聚醣殘基 ，R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀烷氧基、苯基，m表示幾丁聚醣重複單位數，其值為2~5000；x表示矽氧烷重複單位數1~200；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-重複單位數，其值為0~20；n表示聚氧乙烯醚鏈段重複單位數，其值為10~5000。

本發明另提供一種染色浴組成物，該染色浴組成物包含：助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；其中，該助劑包含至少一本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，其有助於染色時得到深染及均勻的效果。

本發明之纖維材料的染色組成物，其中所述載劑為選自：水、乙醇、丙酮或其混合溶液。

本發明之纖維材料的染色組成物，其中該幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑中之該聚氧乙烯醚鏈段，由選自：聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚氧乙烯(POE)所構成。其中，酸酐或二酸化合物選自碳數3至23之直鏈或支鏈之酸酐或二酸化合物。

本發明所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，其中，該矽 氧烷化合物，選自結構中以重複的Si-O為主鏈，矽原子上連接有機基團的聚合物，其通式為[R_sSiO_4-s/2]_x，其中R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀烷氧基、苯基，s為0~4，x為矽原子上連接有機基團之矽氧烷的重複單位數目，其值為1~200之整數，較佳為20~100之整數。

本發明提供一種纖維材料的染色程序，包含：提供經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供染色浴組成物，所述染色浴組成物包含：助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；並將此經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料，利用所述染色浴組成物對所述纖維材料進行染色，其中，幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，係具有如上所述通式(I)結構之界面活性劑。

本發明一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，其中利用所述染色組成物對所述纖維材料進行染色，包含：纖維材料表面處理步驟，該纖維材料表面經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；浸染步驟，在室溫下將所述經表面處理纖維材料浸入所述染色浴組成物中；緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料加熱至100℃~200℃； 染色步驟，在100℃~200℃將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料持溫20分鐘~60分鐘；以及降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料降至50℃~90℃後，再將經表面處理纖維材料從染色浴組成物中取出。

本發明一種纖維材料的染色浴組成物及使用其之染色程序，其中利用所述染色浴組成物對所述纖維材料進行染色，包含：浸染步驟，在室溫下將所述經表面處理纖維材料浸入所述染色浴組成物中；緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料加熱至100℃~200℃染色步驟，在100℃~200℃將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料持溫20分鐘~60分鐘；以及降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述經表面處理纖維材料降至50℃~90℃後，再將經表面處理纖維材料從染色浴組成物中取出。

本發明之一種纖維材料的染色程序，其中，經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料，更進一步再經電漿技術後加工處理後才進行染色，在染色過程中可幫助纖維染色，達成幫助深染與均染之效果，染色後的纖維材料具有良好的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度。其中所述纖維材料包含各種材質之纖維材料，皆具有良好的上染率及均染性，特別是對於聚乳酸纖維材料與聚酯 纖維材料。

本發明之一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，適合各種纖維染色，特別適合針對具生物可分解性之聚乳酸纖維材料及聚酯纖維材料，聚乳酸纖維材料料及聚酯纖維材料其缺點是不容易深染，特別是分散性染料，而使用本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑為纖維表面處理劑，可使纖維於染色時得到深染與均染的效果。

本發明一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，係使用一種特定結構之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑作為纖維表面處理劑，該為纖維表面處理劑由疏水基(Hydrophobic group)及親水基(Hydrophilic Group)組合而成，為一種有機化合物，因其特殊對稱之化學構造，故在極低濃度下就易被吸附於溶液之表面或界面，進而改變溶液表面或界面自由能，使其降低表面張力，產生濕潤、滲透、泡沫、乳化、分散及溶化等特性。

本發明一種纖維材料的染色組成物及使用其之染色程序，係使用一種特定結構之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑作為纖維表面處理劑，該幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構 式中G代表幾丁聚醣殘基，R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀烷氧基、苯基，m表示幾丁聚醣重複單位數，其值為2~5000；x表示矽氧烷重複單位數1~200；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-重複單位數，其值為0~20；n表示聚氧乙烯醚鏈段重複單位數，其值為10~5000。

本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備方法，包含由幾丁聚醣與酸酐化合物或二酸化合物反應之產物A，及由選自聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之至少一種聚氧乙烯醚鏈段與矽氧烷反應之產物B，再將產物A與產物B縮合反應得到幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑。此結構含有親、疏水基團排列的合成物能分散或乳化於水溶液中，具有無毒、無污染、生物可分解及生物相容性佳之優點，使其在使用上有更廣泛的產業應用性。本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑具有優異之分散乳化能力、潤濕潤滑以及提升光澤質感特性之外，同時兼具了生物可分解天然環保之特性，可廣泛應用於染整、化妝品、清潔用品、醫藥品、食品、工業製品之乳化、分散、濕潤等相關產業用途。

本發明所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備包含下列(a)至(c)之合成步驟：

(a)幾丁聚醣-酸酐或二酸化合物之合成

幾丁聚醣醋酸水溶液和酸酐或二酸化合物置於裝配有攪拌棒、溫度計之反應器中，再加入催化劑並均勻攪拌緩緩加熱至30~90℃，於此溫度恆溫反應數小時後，抽氣過濾其不純物，再真空乾燥，得產物A；

(b)聚氧乙烯醚鏈段-矽氧烷之合成

選自：聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚氧乙烯(POE)之聚氧乙烯醚鏈段和矽氧烷及催化劑，在100~200℃恆溫數小時，得產物B；

(c)幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之合成

將步驟(a)之產物A和步驟(b)之產物B反應，得一系列幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑。

本發明一種幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備，其中觸媒選自四異丙醇鈦(IV)(titanium isopropoxide)、硫酸、鹽酸任一或其組成之群者。其中，酸酐或二酸化合物選自碳數3至22之直鏈或支鏈之酸酐或二酸化合物。

本發明所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之合成反應式如下：其中二酸或酸酐化合物以馬來酸酐為例，聚氧乙烯醚鏈段以聚乙二醇為例

步驟(a)

步驟(b)

步驟(c)

本發明所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備，其中該酸酐或二酸化合物，選自碳數3至23之直鏈或支鏈之酸酐或二酸化合物。

本案發明人成功合成出幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，本發明乃利用此幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑對於纖維材料表面處理，再進一步以電漿處理纖維材料表面，之後再進行不同顏色分散性染料及不同助劑濃度，來得到深染及均勻的效果。

染色性質

在纖維染色工程中，分散性染料造成物理性汙染或化學性汙染，較酸性染料呈現出低敏感性，使用分散染料對聚酯織物染色的過程主要是藉由四個步驟：

(1)染料藉由分散劑作用分散與部分溶解於染液中。

(2)染料粒子由染裕移轉至織物表面並產生吸附作用。

(3)分散液中未溶解之染料粒子產生在溶解而持續移轉之織物表面。

(4)吸附於織物表面之染料分子擴散至織物內部。

均染性

CIB LAB是基於一種顏色不能同時既是綠又是紅，也不能同時既是藍又是黃的理論建立。所以，單一數值可用於描述紅/綠，黃/藍特徵。CIB LAB容差公式以標準為中心，然後給予個別L*a*b*數值，正負(+/-)之誤差範圍。

△L*=L*樣品-L*標準(明度差異，+偏淺)

△a*=a*樣品-a*標準(+偏紅，-偏綠)

△b*=b*樣品-b*標準(+偏黃，-偏藍)

在根據本發明的一實施例的染色程序中，利用染色浴組成物對經本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之聚酯(PET)纖維材料或聚乳酸(PLA)纖維材料進行染色。

本發明的實施例之一，纖維材料的染色程序，包含以下步驟：纖維材料表面處理步驟，該纖維材料表面經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；浸染步驟，在室溫下將所述經表面處理聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料浸入所述染色浴組成物中。緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的經表面處理聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料加熱至100℃~200℃。染色步驟，在100℃~200℃將染色浴組成物及浸泡於其中的經表面處理聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料持溫20分鐘~60分鐘。降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的經表面處理聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料降至50℃~90℃後，再將經表面處理聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料從染色浴組成物中取出。

本發明之另一實施例，纖維材料的染色程序，包含以下步驟：浸染步驟，在室溫下將聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料浸入本發明染色浴組成物中；緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料加熱至100℃~200℃；染色步驟，在100℃~200℃將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料持溫20分鐘~60分鐘；降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料降至50℃~90℃後，再將聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料從染色浴組成物中取出。

在根據本發明之一實施例的染色浴組成物中，以染色浴組成物的總重量計，染料的含量例如是0.05重量%至5重量%。

在根據本發明之一實施例的染色浴組成物中，染色浴組成物在室溫下的pH值例如是2~6。

在本發明的實施例中，染料可透過染色程序藉由分子作用力(例如是氫鍵或凡得瓦力)而吸附在聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料的表面上。染料可為分散性染料，其例如是C.I.藍色染料79、C.I.紅色染料60、黃色染料(Dianix Yellow AM-42，由德司達公司所製造)、黑色染料(Goldenlon Black DXF，由協京公司所製造)、HUNTSMAN(TERASIL NAVY GRL-C 200%藍、TERASIL RED FBN CONC.紅、TERASIL ORANGE 5RL 150%橘)、或前述之組合。

以染色浴組成物的總重量計，染料的含量為0.01重量 %至10重量%，較佳為0.05重量%至7重量%，更佳為0.05重量%至5重量%。另外，染料的含量可根據實際上染色條件的不同而進行調整。當染料的含量小於0.01重量%時，將無法有效地使聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料染色為所欲得到的顏色；而當染料的含量大於10重量%時，多餘的染料可能會殘留在聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料，進而造成染料浪費或環境污染的問題。

在本發明的實施例中，載劑的作用為提供染色浴組成物中的染料及助劑一個可任意混合及/或聚集的環境。載劑例如是水、乙醇、丙酮或其混合溶液。以染色浴組成物的總重量計，載劑的含量為80重量%至99.98重量%。

此外，在本發明的實施例中，染色浴組成物可更包括pH值調整劑，用於調整染色浴組成物的pH值。在室溫下，染色浴組成物的pH值可例如是2~6，且pH值調整劑例如是冰醋酸、蟻酸、磷酸或鹽酸。當染色浴組成物的pH值為上述範圍時，將能夠影響聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料帶電荷的情況，同時也提高染料分散的程度以及其和聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料結合的速度。

基於上述可知，由於染色組成物中包括有經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料，因此當使用所述染色浴組成物對纖維材料進行染色時，染色浴組成物對纖維材料能夠更具有良好的染著率及均染性，藉此達成纖維材料能夠深染和易染的效果，特別是聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料，也使得染色後 的聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料具有良好的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度。

在本實施例所提供的染色程序中，首先提供經表面處理之聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料及上述實施例所描述的染色浴組成物，接著利用所述染色浴組成物對經表面處理纖維材料進行染色。該表面處理進一步包含電漿處理。在染色程序中，經表面處理之聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料與染色浴組成物的浴比例如是約1：30。舉例而言，若欲對重量為5克的經表面處理之聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料進行染色，則可將其浸泡於重量為150克的染色浴組成物中。

使用本發明的染色浴組成物對經表面處理纖維材料進行染色時，可包括浸染步驟、緩染步驟、染色步驟及降溫出缸步驟。以下將對各步驟進行詳細描述。

在本發明的實施例中，浸染步驟例如是在室溫下將經表面處理纖維材料浸入染色浴組成物中。在浸染步驟之後，進行緩染步驟。緩染步驟例如是以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的經表面處理纖維材料加熱至100℃~200℃。在浸染步驟及緩染步驟中，染色浴組成物中的染料可初步地吸附在經表面處理纖維材料的表面上，進而將纖維材料染色為染料所相對應的顏色。

在浸染步驟及緩染步驟之後，進行染色步驟。染色步驟例如是在100℃~200℃下將染色浴組成物及浸泡於其中的經 表面處纖維材料持溫20分鐘~60分鐘。在上述浸染步驟、緩染步驟及染色步驟中，由於本發明的染色組成物中含有經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑經表面處理之纖維材料，因此在100℃~200℃的溫度下，染色浴組成物對纖維材料即具有良好的上染率及均染性，藉以使得所染色的纖維材料具有良好的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度。

在染色步驟之後，進行降溫出缸步驟。降溫出缸步驟例如是以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的纖維材料降至約50℃~90℃後，再將纖維材料從染色浴組成物中取出。此外，在降溫出缸步驟之後，更可對染色後的纖維材料進行水洗、脫水及自然風乾等步驟。

基於上述染色結果可知，在本發明的染色程序中，由於使用含有幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑對纖維材料表面處理再進行染色，因此染色後的纖維材料具有良好的上色率及均染性。

本發明之經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料的染色性能分析：

染色性測試

界面活性劑可作為均染劑、沉澱防止劑、增溶劑、溼潤劑、固色劑等，因此染料與界面活性劑的相互作用，運用在織物染色技術工序中是非常重要的。

其染色深度(染著率)(K/S Values)為評價染料染色性能重要指標之一，在被測物體的吸收係數和散射係數，與固體試樣中有色物質濃度之間建立 了一定的函數關係，即為Kubelka-Munk染色深度方程式，染色樣品的染著率(Color Yield)通過光反射率，計算得到的K/S值越大，有色物質濃度越高，即固體試樣表面顏色越深，染料染色性能越好。

K/S=(1-R)²/(2R)

K吸收係數；S散射係數；R反射率

基本色彩概念是基於三屬性：色相(Hue)、明度(Lightness)和飽和度(Saturation)，根據這顏色三屬性所述，可以構成三維色立體。

國際照明委員會(The International Commission on Illumination；CIE)制訂照明領域的基礎標準與度量方式，並制訂此領域的國際標準，1976年制定出二個均勻色彩空間，分別為L*a*b*色空間(CIELAB)和CIE L*u*v*(CIELUV)，CIELAB色差公式主要使用在物體色，而CIELUV色差公式則是使用在光源色(自發光源顯示器)，其中最有名的系統是CIELAB，以非線性轉換所呈現CIE色彩空間之結果CIE L*a*b*大致上為一均勻的色彩空間，建立相對色彩尺度是為界定標準，使更容易和更精確地表達出顏色，描繪知覺色彩的強度。

如下所示在三維色立體結構，色立體外緣部分是色調，L*表示亮度沿 垂直軸遞增或遞減其數值從0(黑)延伸到100(白色)，a*和b*是表示色彩方向：+a*是紅色方向，-a*是綠色方向，+b*是黃色的方向，-b*是藍色的方向。中央是無色，飽和度是依據中央點而變化，當a*和b*值增加與點從中心移動出，顏色的飽和度會增加在色空間中。

L *、a *和b *的值與三刺激色值XYZ成正比，而X_n,Y_n,Z_n是特殊光源和觀測角在理想的反射光源擴散器內的三刺激值，由CIE在1931年建立，轉換方程如下。

CIB LAB是單一數值可用於描述紅/綠，黃/藍特徵，理論建立於一種顏色不能同時既是綠又是紅，也不能同時既是藍又是黃的。所以CIB LAB 容差公式以標準為中心，給予個別L*a*b*數值正負(+/-)之誤差範圍。

△L*=L*樣品-L*標準(明度差異，+偏淺)

△a*=a*樣品-a*標準(+偏紅，-偏綠)

△b*=b*樣品-b*標準(+偏黃，-偏藍)

本發明利用所合成之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑對聚乳酸纖維材料或聚酯纖維材料表面處理，再進行不同顏色分散性染料及不同助劑濃度，來得到深染及均染的效果。

圖一、幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之FTIR光譜圖

圖二、以不同倍率之空白PLA聚乳酸纖維SEM圖

圖三、500倍率之塗佈幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑(PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000)聚乳酸纖維SEM圖

圖四、1000倍率之塗佈幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑(PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000)聚乳酸纖維SEM圖

圖五、4000倍率之塗佈幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑(PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000)聚乳酸纖維SEM圖

圖六、高解析電子能譜儀測試圖

下文將參照實驗例，更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適 當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實驗對本發明作出限制性地解釋。

幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備

使用材料：

(1)幾丁聚醣(C₆H₁₁O₄N)_m，實施例中m=35~70

(2)醋酸C₂H₄O₂

(3)馬來酸酐(Maleic Anhydride；MA)

(4)矽氧烷(C₂H₆OSi) _x ，實施例中x=42

(5)聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)

結構：

聚氧乙基醚鏈段，分子量分別為：2000、4000、6000、8000(g/mol)之聚乙二醇(PEG)。

(6)四異丙醇鈦(Titanium Isopropoxide)

MF：[(CH₃₎₂CHO]₄Ti，Mw：284.26g/mol

(7)染料C.I.分散染料 藍色79

(8)染料C.I.分散染料 紅色60

本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之製備，具體實施例，舉例說明如下，非用以限制本發明，合成步驟包含(a)至(c)之步驟如下：

(a)幾丁聚醣-酸酐或二酸化合物之合成

1mol的2%幾丁聚醣醋酸水溶液和1mol的酸酐置於裝配有攪拌棒、溫度計之反應器中，再加入1g催化劑(四異丙醇鈦(Titanium Isopropoxide))並均勻攪拌緩緩加熱至50~70℃，於此溫度恆溫反應4小時後，抽氣過濾其不純物，並於50℃真空乾燥，得產物A；

(b)聚氧乙烯醚鏈段-矽氧烷之合成

1mol的聚乙二醇(平均分子量Mw：2000、4000、6000、8000)之聚氧乙烯醚鏈段和1mol的矽氧烷及1g催化劑(四異丙醇鈦(Titanium Isopropoxide))，在130~150℃×4~6hr恆溫，得產物B；

(c)幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之合成

將步驟(a)產物1mol和步驟(b)產物1mol反應，得一系列幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑。

本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，實驗例中，以幾丁聚醣、聚乙二醇(平均分子量Mw：2000、4000、6000、8000)、馬來酸酐與矽氧烷為主要原料，先將幾丁聚醣與酸酐或二酸化合物反應，得產物A，再將聚乙二醇變化不同聚氧乙烯醚鏈段與矽氧烷合成，得產物B，最後將步驟之產物A與產物B反應合成，製備一系列幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，本發明合成之產物之代號與成分如表1所示。

表1為本發明之幾丁聚醣-矽氧烷類雙分子型界面活性劑之合成成份表與產品代碼。

幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之結構鑑定分紅外線吸收光譜儀(Infrared Spectrophotometer) Perkin-Elmer Spectrum one(Perkin Elmer Cetus Instruments,Norwalk,CT)，將樣品濃縮、真空烘乾去除溶劑後，塗磨於KBr鹽片上進行測試，結果如圖一所示，由FTIR圖譜中可觀察出各種官能基所對應的特性吸收波峰。所合成幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑產物各種官能基所對應的特性吸收波峰，結果可以看出其中在810cm^-1有矽氧烷特有的SiO特徵峰，在1105cm^-1有C-O之伸縮振動吸收，在2886cm^-1有甲基-CH₂非對稱伸縮吸收、在2966cm^-1為-CH₃非對稱伸縮吸收，在3450cm^-1有羥基-OH之伸縮振動吸收。幾丁聚醣因為是親水基在2886cm^-1以及2966cm^-1都沒有吸收，但矽氧烷是疏水基在2966cm^-1之-CH₃就比較多，有很強烈的吸收。

經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料分析

1、場發射掃瞄式電子顯微鏡(FESEM)

使用型號：JSM-6330F場發射掃瞄式電子顯微鏡，分析經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑溶液塗佈於聚乳酸纖維織物上，及或經電漿處理後表面結構之變化。

(1)將待測之樣品剪裁直徑0.3cm大小之正方形

(2)以雙面膠碳貼於金屬圓型樣品載台上，再將樣品平放置於碳膠上

(3)以離子鍍金器(Ion Coater)真空鍍白金，鍍白金後之樣品至於掃描試電子顯微鏡下，於真空中以不同放大倍率掃描觀察並拍照。

圖二為以不同倍率之空白PLA聚乳酸纖維SEM圖，由圖三、四、五場發射掃描式電子顯微鏡可以看到聚乳酸織物塗佈PEG4000表面有塗佈不均勻的現象，經過電漿表面改質後也沒有改善塗佈不均勻的現象，聚乳酸織物 塗佈PEG8000後經電漿表面改質後表面光滑度及均勻性相對都比較好。

2、高解析電子能譜儀(HRXPS)

使用型號：ULVAC-PHI(XPS：PHI Quantera SXM/Auger：AES 650)；X-ray光源：掃瞄式單光器(Scanning Monochromated)A1 anode。能量分析儀：180°Spherical Capacitor Analyzer+32 Channel Detector。Hot/Cold Stage：-120℃~+250℃。真空度：<5×10-10torr。

一般是用來檢測元素的電子束縛能，可以用電子束縛能判斷出未知元素為何種元素，原理是用高電壓產生高速電子去攻擊鋁或鎂而放出X-RAY，當X-RAY打到樣品後檢測其光電流可得知電子束縛能。

由圖六高解析電子能譜儀測試圖可以看到，聚乳酸織物塗佈PEG2000後都有發現矽元素的存在，經電漿表面改質後氧元素也有所提升，碳元素則下降。

應用分散染料染聚乳酸織物，最大問題是不容易深染，故需使用固色均染劑來達到深染效果。染色後期必須促進染色速度，減少染料殘留，達到所需染色之色相濃度。首先進行幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理聚乳酸纖維織物之後染色，或於經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理過之聚乳酸纖維織物再以電漿技術進一步表面處理後再進行染色，比較電漿處理前及處理後之染著效能。使用電腦染色機(Drum Dyeing Testing Matching)染色，在利用電腦配色系統(ColorMatching System,CS-5)測試。

本發明之纖維材料的染色程序，實驗步驟

1、秤取聚乳酸(PLA)纖維材料5克

2、配製染色浴組成物100ml

A、配製染料(C.I.分散性染料 紅色60或C.I.分散性染料 藍色79)濃度為：1.0%(質量百分比)

B、配製助劑濃度：含0.16%之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑

C、以醋酸調整為pH=4.5；浴比：1：40

D、溫度：110℃(升溫速率2℃/min)

3、聚乳酸纖維，或聚乳酸纖維表面經塗佈幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑

4、浸染步驟，依染色條件配製染浴配方，第一缸之鋼瓶內未加入任何助劑，其餘缸之鋼瓶均加入所合成之不同助劑。在室溫下分別將聚乳酸纖維材料與染色浴組成物置入鋼瓶中。

5、緩染步驟，設定起始溫度為50℃，以2℃/min升溫速度將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料加熱至110℃。

6、染色步驟，將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料110℃持溫30分鐘。

7、降溫出缸步驟，以2℃/min的降溫速率將染色浴組成物及浸泡於其中的聚乳酸纖維材料降至90℃後，再將聚乳酸纖維材料從染色浴組成物中取出缸鋼瓶。

8、水洗陰乾

9、進行比色。以電腦配色系統(Applied Color System)，使其在穩定狀態下，先予以校正測試後，再正式進入測試。

本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑之助染色性

表2為使用幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑、C.I.分散染料藍色79對聚酯纖維染色之染著及色差結果，由此表得知添加本發明之幾丁聚醣-矽氧烷 型界面活性劑具有較佳之染著率，表2為染料上色率 左邊第一列第七行(+PEG2000)為PLA塗佈幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑經由電漿改質處理的名稱代號依序。

探討助劑及染料的相互作用，由表2當K/S值越大，表示具有最佳之染著率，從PEG8000可以看到K/S值為1.645，經電漿改質後+PEG8000為1.933判斷出經電漿改質後可以增加聚乳酸織物的染色效果，PEG8000△E值為3.72經電漿改質後△E值為1.92，△E值越小代表其均染性越佳，經電漿改質後也有不錯的染色效果。

表3為使用幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑、C.I.分散染料紅色60對聚乳酸纖維染色之染著及色差結果，在表3藍色分散性染料時PEG8000 之K/S值為22.22，經電漿改質後K/S值為22.99、△E值為0.94經電漿改質後為2.24，經電漿改質後效果反而跟紅色分散性染料相反。

(1)本發明利用幾丁聚醣中OH官能基上增加親水基團及矽氧烷CH₃官能基上增加疏水基團，以增加疏水及親水性端，製備成一系列幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑。

(2)利用分子設計觀點將不同功能性之分子基團導入幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑的分子結構中並藉由親水基團與聚乳酸纖維中之疏水基拉近其分子鏈結，使幾丁聚醣固定在聚乳酸纖維上不易脫落。

(3)利用氬氣電漿處理方法大幅增加其表面積，讓表面更具親水性效果，聚乳酸織物塗佈後經電漿處理氧元素提升。

(4)染布性質，幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑在+PEG8000紅色分散性染料因K/S值最大，表示具有最佳之染著率，△E值也較小，代表均染性最佳。

利用本發明之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑做纖維處理，可使纖維染色有良好的上染率、均染性及深染性。此外，藉由在染色程序中使用本發明的染色組成物，可使得染色後的纖維，特別是聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料具有良好的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度。

本發明之產業利用性

聚乳酸纖維材料與聚酯纖維材料缺點是不容易深染，特別是分散性染料，而本發明使用幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑作為助劑可以幫助得到深染及均染的效果，且具有良好的耐水洗堅牢度及耐光堅牢度，相當具有產業利用性。

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 (10)

1. 一種纖維材料的染色組成物，包含：提供經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供染色浴組成物，染色浴組成物包含：助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；，其中，該幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，具有下述通式(I)所表示之結構： 式中G代表幾丁聚醣殘基，R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀烷氧基、苯基，m表示幾丁聚醣重複單位數，其值為2~5000；x表示矽氧烷重複單位數1~200；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-重複單位數，其值為0~20；n表示聚氧乙烯醚鏈段重複單位數，其值為10~5000。
2. 一種染色浴組成物包含： 助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；其中，該助劑包含至少一幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，該幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，具有下述通式(I)所表示之結構： 式中G代表幾丁聚醣殘基，R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀烷氧基、苯基，m表示幾丁聚醣重複單位數，其值為2~5000；x表示矽氧烷重複單位數1~200；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-重複單位數，其值為0~20；n表示聚氧乙烯醚鏈段重複單位數，其值為10~5000。
3. 如申請專利範圍第1項所述之纖維材料的染色組成物或第2項所述之染色浴組成物，其中所述載劑為選自：水、乙醇、丙酮或其混合溶液。
4. 如申請專利範圍第1項所述之纖維材料的染色組成物或第2項所述之染色浴組成物，其中，所述染色浴組成物在室溫下的pH值為2~6。
5. 如申請專利範圍第1項所述的染色組成物，其中，所述幾丁聚醣-矽氧烷類界面活性劑之纖維表面處理劑的濃度為0.05重量%至10重量%。
6. 一種纖維材料的染色程序，包含：提供一經表面處理之纖維材料，該纖維材料表面係經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑處理；提供一染色浴組成物，所述染色浴組成物包含：助劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述助劑的含量為0.01重量%至10重量%；染料，以所述染色浴組成物的總重量計，所述染料的含量為0.1重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色浴組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.89重量%；並將此經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料，利用所述染色浴組成物對所述纖維材料進行染色，其中，幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑，係具有通式(I)結構之界面活性劑， 式中G代表幾丁聚醣殘基，R代表有機基團，選自氫原子、羥基(-OH)、C₁~C₁₀烷基、C₁~C₁₀ 烷氧基、苯基，m表示幾丁聚醣重複單位數，其值為2~5000；x表示矽氧烷重複單位數1~200；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-重複單位數，其值為0~20；n表示聚氧乙烯醚鏈段重複單位數，其值為10~5000。
7. 如申請專利範圍第6項所述纖維材料的染色程序，其中，經幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑表面處理之纖維材料再經電漿技術後加工處理後才進行染色，所述載劑為選自：水、乙醇、丙酮或其混合溶液；所述助劑包含至少一如申請專利範圍第6項中所述之幾丁聚醣-矽氧烷型界面活性劑。
8. 一種纖維材料的染色程序，包含：提供纖維材料，提供如申請專利範圍第2項之染色浴組成物，利用所述染色浴組成物對所述纖維材料進行染色。
9. 如申請專利範圍第8項所述纖維材料的染色程序，其中，利用所述染色組成物對所述纖維材料進行染色，包含：浸染步驟，在室溫下將所述纖維材料浸入所述染色浴組成物中；緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述纖維材料加熱至100℃~200℃；染色步驟，在100℃~200℃將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述纖維材料持溫20分鐘~60分鐘；以及降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將所述染色浴組成物及浸泡於其中的所述纖維材料降至50℃~90℃後，再將纖維材料從染色浴組成物中取出。
10. 如申請專利範圍第6、8項所述纖維材料的染色程序，其中，纖維材料選自聚乳酸纖維或聚酯纖維材料。