TWI702325B - 人造纖維之染色方法 - Google Patents

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Abstract

一種人造纖維之染色方法，包含下列步驟，首先，製備一人造纖維，然後將一染料、一架橋劑，及適量之水投入一容置槽中進行混合。接著利用將該人造纖維料浸置該容置槽中，以取得一經染色之人造纖維，再利用一滾輪組將該染色之人造纖維進行輥壓，最後將該染色之人造纖維進行烘乾。

Description

人造纖維之染色方法
本發明係提供一種人造纖維之染色方法，尤指一種低浴比、低耗能、低用水，以減少染液體積達到環保、節能之人造纖維之染色方法。
人造纖維，以聚酯（polyester）和尼龍（nylon）兩種高分子材料廣為人知，相較於天然纖維具有較佳的延展性、抗水、防汙特性，應用於衣料、居家生活、汽車紡織品、工業紡織品或旅行用品等產品，其中以紡織產業最為廣泛使用。紡織業為配合各產業對個性化、時尚化、小批量、貨期短產品色度之需求須將人造纖維染色，而「打色樣」是 非常重要的一件前置作業，色樣的準確性攸關貨品是否得以出貨。
然而人造纖維為 一種疏水性纖維，本身缺乏親水性基團，因而染料分子不易進入人造纖維內部，造成染色性不良，需借助其他方式使染料進入，例如高溫高壓染色法（High Temperature & High Pressure Dyeing）。一般而言，聚酯纖維需使用130℃~135℃的高溫及高壓染色，色相才會均一，色牢度才能維持在3級以上，但能源消耗高；而一般尼龍染整溫度為95℃~100℃，且需持溫40分鐘以上，耗費工時長，進而造成染色效率低。除因人造纖維本身化學結構關係，長年來皆有色牢度差及染不深的缺點，此外受限浴比值的比例亦會影響染色物之上染性、勻染性、移染性。
如中華民國發明第I304831號專利「反應性染料組合物及其應用」，雖然其揭露染整溫度不需至100℃，惟染液須另外加入純鹼後加熱至60℃並維持該溫度直至染色完畢，染色耗時約一小時。染色完成後，尚須額外進行水洗、皂洗和乾燥等程序，整個過程中浪費許多資源且會消耗大量能源。
雖隨科技進步人造纖維的染色時間有逐漸縮短的趨勢，惟浸染上色步驟後之洗滌步驟卻仍然無法省略，如中華民國發明第I404847號專利「聚酯基材的表面處理方法」，該案揭露先對聚酯基材進行加熱，化學活性較低之聚酯基材表面容易被染色，後續再進行染色時，染色時間才可以縮短至1分鐘內。惟該加熱處理需時10秒至5分鐘，且加熱溫度必須介於100℃～180℃間，後續的洗滌步驟還需大量用水沖洗染色物上之染劑，進而產生大量環境廢水。
眾所皆知地，染整製程是紡織產業中最具污染性的一環，需消耗大量的用水與化學品，且會排放出染色廢水。染整業製程所排放之染色廢水具高色度、多變性、高化學需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）、高懸浮固體濃度（suspended solids, SS）及生物難分解等特性，其影響水體呈現顏色、降低氣體溶解度及影響水中生態環境，對自然生態危害重大。
從以上習用仍存在下述缺失：
一、損耗能源 傳統染色方法為調和染劑需大量用水，於染色完後亦需大量用水清洗染布或調和固色劑。另因人造纖維的化學結構關係，還需額外以高溫或是高壓的方式才能順利進行染色，除了外加機台設備昂貴之外，染色過程中除需大量用水，且染色所需持續加熱也會造成機台損耗、電力成本增加。
二、打色樣成本高 顏色會受季度及流行所影響，且各個廠商的要求亦不同，因此無法預先大量備料，如為配合客戶需求進行少量打樣，而每次打色樣的程序與大量產製程序相同，且因浴比值關係，材料有固定消耗量，皆會造成用水、染劑消耗，成本無法降低，如色樣不符顧客的色度需求，無法另行利用，將導致工廠積貨，增加成本。
三、不利環保 傳統染色過程中的每一程序皆需使用化學藥劑及大量用水，因此會產生大量廢水，而染色廢水具高化學需氧量、高懸浮固體濃度及生物難分解等特性，不但耗費能源也不利生態環保。
是以，如何針對上述所存在的缺點，研發出一種低耗能、縮短染色時間與提升染色效率之製程方法，以達到減少環境污染之環保節能的目標，不僅環境可以永續長存，業者也可創造更多商機，提升在市場上的競爭力。
因此，本發明之一目的，即在提供一種人造纖維之染色方法，包含一製備步驟、一混合步驟、一浸染步驟、一輥壓步驟及一烘乾步驟。
首先，進行該製備步驟，製備一人造纖維，接著，進行該混合步驟，將一染料、一架橋劑，及適量之水投入一容置槽中進行混合，取得一染液，其溫度在20℃~40℃，然後，進行該浸染步驟，利用將該人造纖維料浸入該容置槽中，以取得一經染色之人造纖維，接著進行該輥壓步驟，利用一滾輪組將該染色之人造纖維輥壓整平，其中，該滾輪組具有二對向設置之滾輪，最後進行該烘乾步驟，將該染色之人造纖維進行烘乾。
本發明的又一技術手段，是在於上述之混合步驟中，該染料的重量百分比例為0.01%~10%、該架橋劑的重量百分比例為0.01%~30%、該水的重量百分比例為60%~99.8%。
本發明的另一技術手段，是在於上述之混合步驟中，該染料包括一發色基團(chromophore)，及一含有羥基(-OH)或胺基(-NH2)之助色團(auxochrome)，該架橋劑包括異氰酸酯基(-NCO)。
本發明的再一技術手段，是在於上述之異氰酸酯基(-NCO)與羥基(-OH)之莫耳比值為1至50，且由該染料、架橋劑及水所混合成之染液可保存0.5~24小時
本發明的又一技術手段，是在於上述之浸染步驟更包含一設置在該容置槽上之抵壓件，該抵壓件可相對該容置槽調整其設置高度，且該容置槽可為多槽式容置槽。
本發明的另一技術手段，是在於上述之浸染步驟中，該單位體積之人造纖維的浸染時間不超過5秒。
本發明的再一技術手段，是在於上述之經染色人造纖維的色牢度(color fastness)可達3級(Grade 3)以上。
本發明的又一技術手段，是在於上述人造纖維之染色方法更包含一位於該烘乾步驟後之捲收步驟，將該染色後之人造纖維進行捲收。
本發明的另一技術手段，是在於上述人造纖維之染色方法更包含一位於該捲收步驟後之裁切步驟，對捲收一定長度後之人造纖維進行裁切，以得到一成品，且該整體生產速度為3~30公尺/分。
本發明的再一技術手段，是在於上述之人造纖維材料是選自於聚胺酯甲酸基（Poly Urethane, PU）、鐵氟龍薄膜（Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE）、熱塑性樹酯（Thermoplastic Poly Urethane, TPU）、熱塑性塑膠（Thermal Plastic Elastomer, TPE）、聚醯胺纖維（Polyamide Fiber），及此等之組合。
本發明之有益功效在於，利用上述人造纖維之染色方法，不需大量用水、產生廢水，且染色製程時間短，不僅可有效縮短生產流程，提升生產效率，亦可節約能源之使用。
有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1及圖2，為本發明人造纖維之染色方法之較佳實施例，該人造纖維之染色方法包含一製備步驟11、一混合步驟12、一浸染步驟13、一輥壓步驟14，及一烘乾步驟15。
首先，進行該製備步驟11，製備一人造纖維2，其中，該人造纖維2是選自於聚胺酯甲酸基(Poly Urethane,PU)、鐵氟龍薄膜(Poly Tetra Fluoro Ethylene,PTFE)、熱塑性樹酯(Thermoplastic Poly Urethane,TPU)、熱塑性塑膠(Thermal Plastic Elastomer,TPE)、聚醯胺纖維(Polyamide Fiber)。實際實施時，可依使用需求選擇不同人造纖維2，不應以此所揭露者為限。
接著，進行該混合步驟12，將一染料、一架橋劑，及適量之水投入一容置槽3中進行混合，以取得一染液31，其溫度在20℃~40℃，較佳地，該染液31只要在常溫下即可。其中，該染料的重量百分比例為0.01~10%、該架橋劑的重量百分比例為0.01~30%、該水的重量百分比例為60~99.8%。該染料包括一發色基團，及一含有羥基(-OH)或胺基(-NH2)之助色團，該架橋劑包括異氰酸酯基(-NCO)。此外，異氰酸酯基(-NCO)與羥基(-OH)之莫耳比值為1至50，且該染液31可保存0.5~24小時，可以重複利用，再次利用時不影響染色效果。
然後，進行該浸染步驟13，將該人造纖維料2浸入該容置槽3中，以取得一經染色之人造纖維。其中，該浸染步驟13更包含一設置在該容置槽3上之抵壓件4，該抵壓件4可相對該容置槽3調整其設置高度，如容置槽3內的染液31水位降低，該抵壓件4可往容置槽3方向移動，降低該抵壓件4的高度，使該人工纖維2可充分浸染在該染液31中，減少廢液產生；反之，如容置槽3內的染液31水位升高，該抵壓件4可往該容置槽3反方向移動，升高該抵壓件4的高度，使該人工纖維2可適當浸染在該染液31中，不會過度染色。因此，該人造纖維2及染液31不須維持一定的浴比值，只要該容置槽3內的染液31維持一定染色濃度，即可利用該抵壓件4調整該人造纖維2於該容置槽3中的浸染位置，達到低浴比的效果。
較佳地，該浸染步驟13中的容置槽3可為多槽式，使該人造纖維2經過兩次浸染步驟13以加深其顏色，便於配合染色深淺需求。
接著，在該浸染步驟13，該單位體積之人造纖維2的浸染時間不超過5秒，以達到連續浸染效果。相較傳統染色方法，需將染色物浸染在該染液31時間達數分鐘或更久者長達數鐘頭，本發明可以有效減短浸染時間、提高染色效率。
然後，進行該輥壓步驟14，利用一滾輪組5將該染色後之人造纖維2進行輥壓整平，其中，該滾輪組5具有二對向設置之滾輪51，可將該經染色之人造纖維2壓平、除水，減少褶痕，方便後續乾燥定型，實際實施時，也可以設置多組滾輪51以達到更好的整平、除水效果。
最後，進行該烘乾步驟15，將該染色之人造纖維2以120℃-180℃進行烘乾30分鐘。實際操作時，可利用一烘乾機6進行烘乾，達到固色效果。
值得一提的是，各國對於色牢度有不同的測試標準，如中國國家標準 CNS、美國AATCC、日本JIS、國際標準ISO、德國DIN、英國BS色牢度測試，在本較佳實施例中，該染色後之人造纖維2經美國AATCC 61-II A標準進行色牢度測試，其色牢度可達3級以上，無明顯褪色或變色現象，可保持染色物之外觀美感。
本發明人造纖維之染色方法，更包含一位於該烘乾步驟15後之捲收步驟16，將該染色後之人造纖維2進行捲收。實際操作時，可利用一捲收機7進行捲收，可避免該人造纖維2產生摺痕，方便後續使用。
本發明人造纖維之染色方法，更包含一位於該捲收步驟16後之裁切步驟17，對捲收一定長度後之人造纖維2進行裁切，以得到一成品。實際操作時，可利用一裁切機8進行裁切。
本發明之整體產能可以達到3~30公尺/分的生產速度。該生產速度受烘乾機8尺寸大小影響，如以大型烘乾機8進行烘乾步驟15，該烘乾機8中可容納較多的染色物以縮短生產時間，提升生產速度至30公尺/分；反之，如以小型烘乾機8進行烘乾，該烘乾機8中所容納的染色物較少，會延長生產時間，降低生產速度至3公尺/分。使用者可依實際生產環境決定該烘乾機8之尺寸大小，於此不再多加贅述。另外，由於本發明之方法為一條鞭作業，在後端之捲收步驟16可以依據不同厚度及彈性的人造纖維2，調整機器捲動的速度來控制該人造纖維2浸入該容置槽3的時間，以達到連續染色、烘乾、大量生產之目的。
經由上述說明可知，本發明人造纖維之染色方法確實具有以下優點：
一、節省能源 經由不同比例的染料、架橋劑，及水之混合，可使不同人造纖維色相鮮明，且顏色種類多元，該浸染步驟13可以在常溫下實施，無須全程高溫，減少電費成本及能源消耗。此外，搭配抵壓件4的使用，可視該染液31多寡調整染色物的浸染位置，達到低浴比之效果，且色牢度可達3級以上。
二、提高效能 本發明之浸染步驟13縮短染色物浸染時間，提高染色效率，且不影響染色效果，該輥壓步驟14、該烘乾步驟15、該捲收步驟16，及該裁切步驟17藉由一連貫作業製程，可以一氣呵成將染色物進行烘乾、捲收、裁切，便利該人造纖維2後續之運送、利用。
三、環境永續 本發明所使用之染料不含或不產生有害芳香胺，生物降解性（biodegradability）強，且染料本身不含持續性有機污染物，呼應現代生態環保的趨勢。
綜上所述，本發明人造纖維之染色方法，可以根據不同人造纖維2對不同顏色的需要使用不同染料分子的發色基團及助色團，除了色相齊全，大批染色品質穩定，不會造成色差，且該人造纖維2不因染色而失去其透氣性等特性及觸感，且經申請人以美國AATCC 61-II A標準測試，色牢度仍可達3級以上。另外，藉由一連串的染色流程，將該人造纖維2經過製備、混合、浸染、輥壓、烘乾、捲收，及裁切等步驟，以一連貫作業提升製程之效率，以取得該經染色的人造纖維2，過程中可縮短整體染色製程及時間且減少染料，又因用水量較少，進而減少所排放之廢液，可達到對環境友善之目的，充分滿足市場上的需求，進而提升在市場上的競爭力，故確實可以達成本發明之目的。
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發明說明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。
11~17:步驟 2:人造纖維 3:容置槽 31:染液 4:抵壓件 5:滾輪組 51:滾輪 6:烘乾機 7:捲收機 8:裁切機
圖1是一流程示意圖，說明本發明人造纖維之染色方法之一較佳實施例；及 圖2是一剖面示意圖，說明本發明人造纖維之染色方法之較佳實施例。
11~17:步驟

Claims (10)

  1. 一種人造纖維之染色方法，包含下列步驟：一製備步驟，製備一人造纖維；一混合步驟，將一染料、一架橋劑，及適量之水投入一容置槽中進行混合，取得一染液，其中，該染料包括一發色基團，及一含有羥基(-OH)或胺基(-NH2)之助色團；一浸染步驟，將該人造纖維料浸入該容置槽中，以取得一經染色之人造纖維，其中，該容置槽設置有一抵壓件，該抵壓件可相對於該容置槽調整其設置高度；一輥壓步驟，利用一滾輪組將該染色之人造纖維進行輥壓整平，其中，該滾輪組具有二對向設置之滾輪；及一烘乾步驟，將該染色之人造纖維進行烘乾。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述人造纖維之染色方法，其中，在該混合步驟中，該染料的重量百分比例為0.01%~10%、該架橋劑的重量百分比例為0.01%~30%、該水的重量百分比例為60%~99.8%。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述人造纖維之染色方法，其中，在該混合步驟中，該架橋劑包括異氰酸酯基(-NCO)。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述人造纖維之染色方法，其中，該異氰酸酯基(-NCO)與羥基(-OH)之比值為1至50，且由該染料、架橋劑及水所混合成之染液可保存0.5~24小時。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述人造纖維之染色方法，其中，該容置槽 可為多槽式容置槽。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述人造纖維之染色方法，其中，在該浸染步驟中，該單位體積之人造纖維的浸染時間不超過5秒，且該浸染溫度為20℃~40℃。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述人造纖維之染色方法，其中，該染色之人造纖維的色牢度可達3級以上。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述人造纖維之染色方法，更包含一位於該烘乾步驟後之捲收步驟，將該染色後之人造纖維進行捲收。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述人造纖維之染色方法，更包含一位於該捲收步驟後之裁切步驟，對捲收一定長度後之人造纖維進行裁切，以得到一成品，且該整體生產速度為3~30公尺/分。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述人造纖維之染色方法，其中，該人造纖維材料是選自於聚胺酯甲酸基(Poly Urethane,PU)、鐵氟龍薄膜(Poly Tetra Fluoro Ethylene,PTFE)、熱塑性樹酯(Thermoplastic Poly Urethane,TPU)、熱塑性塑膠(Thermal Plastic Elastomer,TPE)、聚醯胺纖維(Polyamide Fiber)，及此等之組合。
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