TWI717894B - 染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程，利用可溶性澱粉與檸檬酸為原料，經反應合成Starch-CA陰離子型界面活性劑，利用助劑的凝集特性將染整廢水中染料抓住並帶入纖維素織物之中，以期能在染色製程中使布料的染色率上升並且低後續所產生廢水的染料殘留率。

Description

染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程

本發明係屬於染色助劑的領域，特別是關於一種能提升染色時的上色率，並降低後續所產生廢水的染料殘留率之染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程。

按，在紡織業中，染整工序是十分重要的一環，這將決定成品的性能好壞，隨著時代的進步，處理技術和工法已與日俱進，但染整後之高色度廢水的處理仍是現今提倡環保的世代中，最為棘手的一項問題。在這些染整廢水中主要汙染物質為染料的有機化合物，這些物質排放於河川中易造成生態的巨大衝擊，對染整業而言，為了符合經濟效益，染整廢水的處理方法選擇大多並用生物處理及化學混凝程序，目前大約有10,000種不同染料在工業中生產級使用，更有7x10⁵種助劑，在世界各地生產。然而，就算使用現在市面上所既有的助劑來幫助染整過程的進行，依然有大約20~25%的染料化合物在染整過程中無法附著於布料上而隨著廢水排放，所以在製程需要利用更加有效的助劑，以減少染整廢水對環境的傷害。

有鑑於此，本發明人感其未臻完善而竭其心智苦心研究，並憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而提供一種染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程，以期可以改善上述習知技術之缺失。

於是，本發明之一目的，旨在提供一種染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程，以在染色製程中使布料的染色率上升並且低後續所產生廢水的染料殘留率。

為達上述目的，本發明之染色用助劑，其係供以提升染色時的上色率，並降低後續所產生廢水的染料殘留率，特徵在於：該染色用助劑之通式係為

，且St係為澱粉。

並且，本發明亦提供製備染色用助劑之方法，包括以下步驟：(A)將可溶性澱粉用稀醋酸溶解為溶液，與環氧氯丙烷以莫耳比1：1放入四孔反應槽，在溫度70℃下恆溫攪拌1.5小時，生成一第一過度產物；(B)將檸檬酸與亞硫酸氫鈉以莫耳比1：1放入四孔反應槽內，在溫度80~90℃下攪拌2小時，分別生成一第二過度產物與水；(C)將該第一過度產物加入氫氧化鈉調成PH6~6.5，再與該第二過度產物放入四孔反應槽內，在100℃下進行合成反應，持續2小時並 且脫除水分，生成該染色用助劑。其中，該染色用助劑之通式係為

，且St係為澱粉。

較佳者，本發明更包含以下步驟：(D)將該染色用助劑用氫氧化鈉調整pH至中性，再加入乙醇溶解後過濾，並接著減壓蒸餾而去除溶劑，以得到高純度之該染色用助劑。

另外，本發明又提供一種利用染色用助劑以提升上色率之染色製程，包含以下步驟：(1)於鋼瓶中加入染料和一染色用助劑；(2)將一纖維織物放入鋼瓶中並封閉後進行染色；及(3)取出該纖維織物並經過水洗與皂洗後，再予以自然乾燥。其中，該染色用助劑之通式係為

，且St係為澱粉。

較佳者，將該纖維織物放入鋼瓶封閉後，係從30℃開始以每分鐘上升2℃之速率進行加熱染色。

較佳者，該纖維織物之材質係為天然纖維。

如此一來，透過本發明所提供之染色用助劑能夠大幅降低染色後染料化合物在廢水中的含量，進而降低廢水排放後之汙染，而上述之染色製程亦因加有該染色用助劑而能夠在提升布料上色率的同時，也降低製程後產生的廢水中染料化合物的比率。

第1圖，其係為染色用助劑是否具有助劑之特性的實驗數據圖。

第2圖，其係為染色用助劑後是否會產生過多泡沫的實驗數據圖。

第3圖，其係為不同助劑濃度下染色製程完成後廢水中染料殘留率的實驗數據圖。

第4圖，其係為不同染色時間下染色製程完成後廢水中染料殘留率的實驗數據圖。

第5圖，其係為不同染色溫度下染色製程完成後廢水中染料殘留率的實驗數據圖。

第6圖，其係為染色用助劑在不同濃度下對棉織物的上色率的實驗數據圖。

第7圖，其係為染色用助劑在不同染色時間下對棉織物的上色率的實驗數據圖。

第8圖，其係為染色用助劑在不同染色溫度下對棉織物的上色率的實驗數據圖。

第9圖，其係為不同的染料於加入不同助劑後對織物的上色率的實驗數據圖。

為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

在本實施例中，本發明所提供之一染色用助劑係透過下列方法所製成：首先，將可溶性澱粉用稀醋酸溶解為溶液，與環氧氯丙烷以莫耳比1：1放入四孔反應槽，在溫度70℃下恆溫攪拌1.5小時，這樣可以生成一第一過度產物。接著，將檸檬酸與亞硫酸氫鈉以莫耳比1：1放入四孔反應槽內，在溫度80~90℃下攪拌2小時，這樣會分別生成一第二過度產物與水。最後將該第一過度產物加入氫氧化鈉調成PH6~6.5，再與該第二過度產物放入四孔反應槽內，在100℃下進行合成反應，持續2小時並且脫除水分，就會生成該染色用助劑。此 時，該染色用助劑之化學結構係為

，且St係為澱粉。

當製程完成後，還可以進行後續處理，以將合成物純化，以乙醇溶解未完成之反應的原料後過濾，再以減壓蒸餾去除溶劑及多餘水分，可得到較高純度的合成物，並針對染色之情況不同而調製成不同濃度。

第1圖係為針對該染色用助劑進行數據分析，進而確認該染色用助劑是否具有助劑之特性的圖示，X軸為助劑濃度，Y軸則為表面張力，而Starch係為可溶性澱粉，Starch-CA則為本發明之該染色用助劑。

純水在25℃時，表面張力約在72.4dyne/cm，當加入助劑後，表面張力會隨著其濃度增加而降低，第1圖中可以看出當加入該染色用助劑後，表面張力便顯著地下降，且隨著加入之助劑濃度提高，表面張力亦隨之略微下降，由此可判定該染色用助劑具有助劑之特性，這是因為該染色用助劑具有多個親水性基團，界面活性劑之疏水基在水面難於緊密規則的吸附排列，因此表面張力降低幅度就變小，表面張力在助劑濃度0.2%時達到低點後呈現緩和，因此可知本發明所提供之該染色用助劑較為穩定。

第2圖則是針對加入該染色用助劑後是否會產生過多泡沫而進行實驗後所得出之結果的示意圖，Starch係為可溶性澱粉，Starch-CA則為本發明之該染色用助劑。

由於過多的泡沫會阻礙染料和布料纖維的接觸，而造成染色不均問題發生，且若泡沫難消除時，排入河川會造成無氧化，對環境形成負擔。而第2圖中可以看出相較於加入可溶性澱粉，在加入該染色用助劑後，起泡性低，泡沫穩定性良好，因此能夠有效降低泡沫過多而阻礙染液與纖維接觸的可能，進而能夠提高均染度，並且降低避免日後河川發生無氧化的狀況，因此係為良好且較不會汙染環境之助劑。

在染色製程中，最理想的狀況便是使所染織物能夠完全吸收染料，如此既能讓成品接近染料原色，也解決了排放廢水色度過高的問題，但在現場實際操作時往往是難以達成的。因此，本發明在本實施例中提供了一種利用上述之該染色用助劑以提升上色率和降低廢水中染料殘留率之染色製程，包含以下步驟：(1)於鋼瓶中加入染料和一染色用助劑；(2)將一纖維織物放入鋼瓶中並封閉後進行染色；及(3)取出該纖維織物並經過水洗與皂洗後，再予以自然乾燥。而在本實施例中，進行染色之該纖維織物係使用天然纖維。其中，在將該纖維織物放入鋼瓶封閉後，係從30℃開始以每分鐘上升2℃之速率進行加熱染色，透過這樣加熱速率能讓染色製程更加穩定，上色率亦能提升。

第3圖至第5圖係分別針對不同之助劑濃度、染色時間和染色溫度，偵測染色製程完成後廢水中的染料殘留率後之結果示意圖，Starch-CA係表示加入本發明之該染色用助劑，Starch則表示加入可溶性澱粉，Blank係表示未加入助劑之對照組。

以目前染整業的染色技術來說，想要100%讓織物完全吸收染料是不可能的，但是如何提高耗盡率使成本降低及減少廢液的真色度排放卻是一大課題。由第3圖可看到該染色用助劑之濃度對棉織物之染浴殘留率從0.05%時就開始下降，經過一段波動後在0.4%後呈現緩和之態勢，可能因在染浴中胺基團會吸收更多的染料而造成解凝集作用，則吸光度降低而造成染浴殘留率下降，因此助劑不需太高的濃度便可以提高上色率的效果亦有殘液脫色的效果。

由第4圖和第5圖中可看到在染色的時間和溫度變化的染料殘留率，在第4圖中該染色用助劑在75分鐘時染液殘留率最低，而在第5圖中該染色用助劑在80℃和100℃時染液殘留率較低，從各種數據中皆可顯示該染色用助劑的染料殘留率皆低於可溶性澱粉和對照組，表示該染色用助劑可使更多染料使吸附於織物，在染色殘液中的殘留量減少，成功提升效益以及降低廢液深色度，且對環境無害。

以下第6圖至第8圖係分別表示針對加入不同濃度、不同染色時間或不同染色溫度之該染色用助劑和對照組後，偵測對棉織物的上色率(k/s值)之結果示意圖，改質係表示加入該染色用助劑，原布則表示未加入助劑之對照組。

由第6圖可看出具有明顯的助染效果，該染色用助劑的上色率明顯的優於可溶性澱粉及對照組，因該染色用助劑之羥基團級磺酸基團能幫助提升上色率。此外，該染色用助劑之上色率曲線上可看到在0.4%時上色率最高，而到達0.6%時呈現漸緩狀態，可能因在染浴中胺基團會吸收更多的染料，當微胞太多時，反而會先佔據了纖維染著席位並阻礙纖維與染料的結合，才會造成纖維上色率的下降。因此助劑不需太高的濃度便可以達到高上色率的效果亦有殘液脫色的效果，並於參閱第3圖後發現0.4%為最佳之助劑濃度。

而從第7圖中可看出該染色用助劑與染料對棉織物隨著染色時間增加以90分鐘對於棉織物上色率較高，一般而言，染色保溫時間的增加，其上色率應隨之增加，但實際上並非如此。纖維在染色時，染料會進出纖維內部，纖維染著以達到飽和，其時間再增加反而可能使上色率下降殘留率提升，再一併參閱第4圖後，應選擇90分鐘做為最佳染色時間條件。

再者，由第8圖可看出隨著溫度提高，上色率亦隨著緩步提升之趨勢，而在110℃之上色率高於其他溫度，其上色率達到最高，但提高溫度進行染色時，其殘留率反之上升，請參考第5圖，過高的溫度並無幫助上色率的大幅提升，所以適當的染色溫度可以得到最佳的染色效果，因此判斷溫度在100℃時為最佳染色溫度，選此溫度可省下更多能源成本，達到節能省碳的效果。

第9圖則針對不同的染料於加入助劑後對織物的上色率(k/s值)之結果示意圖，Starch-CA係表示加入本發明之該染色用助劑，Starch則表示加入可溶性澱粉，Blank係表示未加入助劑之對照組，而C.I.Direct Orange 39、C.I.Direct Red 83及C.I.Direct Blue 86則分別為三原色不同結構的酸性染料。

從第9圖我們可看到染料(C.I.Direct Orange 39、C.I.Direct Blue 86)，有加入可溶性澱粉及該染色用助劑進行染色的棉織物上色率明顯的高於對照組，但在C.I.Direct Red 83染料中加入可溶性澱粉及該染色用助劑上色率卻低於對照組，其原因在於C.I.Direct Red 83其鏈長較長，不易與該染色用助劑接和對棉織物產生緩染的效果，但該染色用助劑對棉織物的上色率仍高於可溶性澱粉。因此對整體而言，該染色用助劑的上色率高於可溶性澱粉又明顯高於無加入任何助劑的對照組。

綜上所述，透過上述之實驗數據顯示，在染色時加入本發明所提供之該染色用助劑將會增加棉織物對直接染料中的上色率。而水溶性該染色用助劑具有低起泡性，有助於染料進入纖維內，可提高上色率，且減少廢液中染料的殘留，其最佳之染色條件係為0.4%的助劑濃度、100℃的染色溫度和90分鐘的染色時間。將該染色用助劑加入到染料當中，對棉織物染著率有顯著的提升，上色率亦大幅提升，染料殘留量也最多能降低96%，對於不同的直接性染料具有助染效果，代表該染色用助劑為一個良好的均染劑。因此，該染色用助劑確實能使布料的上色率提升，同時還能將之後產生之廢水中所殘留的染料含量降低，以避免加深對環境的汙染。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

Claims (7)

1. 一種染色用助劑，其係供以提升染色時的上色率，並降低後續所產生廢水的染料殘留率，特徵在於：該染色用助劑之通式係為

   

   ，且St係為澱粉。
2. 一種製備染色用助劑之方法，包括以下步驟：(A)將可溶性澱粉用稀醋酸溶解為溶液，與環氧氯丙烷以莫耳比1：1放入四孔反應槽，在溫度70℃下恆溫攪拌1.5小時，生成一第一過度產物；(B)將檸檬酸與亞硫酸氫鈉以莫耳比1：1放入四孔反應槽內，在溫度80~90℃下攪拌2小時，分別生成一第二過度產物與水；(C)將該第一過度產物加入氫氧化鈉調成PH6~6.5，再與該第二過度產物放入四孔反應槽內，在100℃下進行合成反應，持續2小時並且脫除水分，生成該染色用助劑。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該染色用助劑之通式係為

   

   ，且St係為澱粉。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，更包含以下步驟：(D)將該染色用助劑用氫氧化鈉調整pH至中性，再加入乙醇溶解後過濾，並接著減壓蒸餾而去除溶劑，以得到高純度之該染色用助劑。
5. 一種利用染色用助劑以提升上色率之染色製程，包含以下步驟：(1)於鋼瓶中加入染料和一染色用助劑；(2)將一纖維織物放入鋼瓶中並封閉後進行染色；及(3)取出該纖維織物並經過水洗與皂洗後，再予以自然乾燥；其中，該染色用助劑之通式係為

   

   ，且St係為澱粉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之染色製程，其中，將該纖維織物放入鋼瓶封閉後，係從30℃開始以每分鐘上升2℃之速率進行加熱染色。
7. 如申請專利範圍第6項所述之染色製程，其中，該纖維織物之材質係為天然纖維。

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