TWI747786B

TWI747786B - 纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法

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Publication number: TWI747786B
Application number: TW110115463A
Authority: TW
Inventors: 蔡春恩; 林麗惠; 陳沅琤; 陳汶柔
Original assignee: 萬能學校財團法人萬能科技大學
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2021-11-21
Also published as: TW202241996A

Abstract

本發明為一種纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法，藉由使用特定化學結構之谷甾醇型界面活性劑為固色劑來染纖維材料，包含使用下列之染色組成物對纖維材料進行染色，該組成物包含：谷甾醇型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述谷甾醇型界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%；染料，以所述染色組成物的總重量計，所述染料的含量為0.001重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.998重量%。本發明之谷甾醇型界面活性劑結構，對能增強尼龍、羊毛織物之均染性，在尼龍、羊毛低溫染色中發揮較好的均染作用。應用染料染纖維材料時，最大問題是產生不均染現象，本發明為利用谷甾醇型界面活性劑作為纖維材料染色之助劑，能促進染料對纖維材料之染色，不論染著力或均染性。

Description

纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法

本發明為一種纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法，藉由使用谷甾醇型界面活性劑作為助劑來染纖維材料，能提高染料染纖維材料的色牢度與均染性。本發明之谷甾醇型界面活性劑能與各種類型染料、界面活性劑及化妝品原料具有較佳的相容性，在酸性及鹼性條件下均有優良的穩定性，對皮膚刺激性低，生物降解性好，並具有優良的濕潤性，此外，作為界面活性劑更具有效降低表面張力的功能。本發明之谷甾醇型界面活性劑結構，能增強羊毛、尼龍等之聚醯胺纖維之均染性，在羊毛、尼龍等之聚醯胺纖維染色中發揮較好的均染作用。

尼龍、羊毛染色一般使用酸性染料，開發尼龍、羊毛染色用染整助劑，(1)提高難溶性染料的溶解度，使染料的溶解度增大從而提高了染料在水中的分散性，使染色後的織物不均勻性得到了改善。此外由於溶解度的增加，在商品染色製備的過程中不需要另外加入分散劑，染色時可直接加入界面活性劑，不須再加入其他助劑。(2)提高均染性，界面活性劑與染料之間形成主要作用力為凡德瓦爾力，當外力大於此作用力時，染料分子將會均勻染著。因此使用界面活性劑進行染色時，在染色過程中，隨著染液環境的改變，助劑分子被緩慢地釋放出來，從而降低了染料的初始上染速率，有利於均染。隨著染浴溫度的提高和染色時間的增加，不會影響染料的上染量。(3)提高染料上染量，降低染色廢水中的染料量。當添加界面活性劑進行染色時，染料以分子形式吸附到纖維表面，染浴中未固著的染料量減小，因此可以提高染料的上染量，減少染色廢水中的殘留染料量，提高了染料的利用率，減輕了染色廢水的處理難度，從生態方面和經濟方面考慮都是很有利的。

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。

固色劑是界面活性劑的一種，可以提高染整織物之色牢度的助劑，增強織物的耐水洗、耐摩擦，能夠提高染料在染色織物上的留存率。

可分解型界面活性劑又稱為暫時性界面活性劑或可控半衰期的界面活性劑(surfactants with controlled half-live)，其最初的定義是：在完成其應用功能後，透過酸、鹼、鹽、熱或光的作用能分解成非界面活性物質或轉變成新界面活性化合物的一類界面活性劑。這類界面活性劑分子極性端和疏水鏈之間往往含有穩定性有限的弱鍵，該弱鍵的裂解將可直接破壞分子的界面活性，也就是通常所說的界面活性劑初級分解。依照可分解官能基的不同一般可將可分解型界面活性劑分為縮醛型和縮酮型兩大類。與一般界面活性劑相比較，可分解型界面活性劑具有更好的環保概念，這類界面活性劑可以排除一些複雜情况。近年來，人們對可分解型界面活性劑的認識已不斷深化和發展。對於環境影響的大小和生物可分解性的快慢已逐漸成為判斷界面活性劑好壞的一個很重要的指標。

界面活性劑在全球穩定發展的趨勢下，為相關產業的發展提供了優異的環境，對於產品的結構、品項、性能與技術上要求也越來越高。因此，開發安全、溫和、天然、可生物分解以及具有特殊作用的界面活性劑，為新產品的開發與應用提供了良好的基礎。

本發明之目的是藉由天然之植物甾醇為原料，並加以改質成綠色環保的谷甾醇型界面活性劑，除具降低表面張力、良好濕潤性、及乳化分散之界面活性效果外，並具備低毒性、生物可分解性，且對人體無害。對染料染色性能評價的重要指標之一就是染色深度，染色時一般採用pH 4~6，酸性越強染料染著也越快，但易生染斑，本發明之谷甾醇型界面活性劑結構，能增強羊毛、尼龍織物之均染性，在染色中發揮較好的均染作用。使用本發明之谷甾醇型界面活性劑，可加強均染性、染着率及其固色性能。酸性染料對羊毛、尼龍織物的染色，主要採用弱酸性到中性染法。染色時，隨著溫度的升高，染料染著量也會提高，所以影響染著速率之因素除了pH值外，溫度也是一重要因素，故染色時應控制溫度。在弱酸性浴中染色的酸性染料對聚醯胺纖維的親和力一般較高，均染性很差，往往要選用界面活性劑做為均染劑。以酸性染料染羊毛、尼龍纖維，可有效提高其濕摩擦堅牢度，染料可溶於水中，分子量小，對羊毛、尼龍等之聚醯胺纖維具有親和性，而對一般纖維的親和力小。本發明為利用谷甾醇型界面活性劑作為纖維材料染色之助劑，染色速度快慢受染液中染料與界面活性劑所形成之複合體的影響，染色時界面活性劑分子先吸附染料分子，使染料分子變大，染料分子與纖維染著速率減慢，而達到均染效果。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。為避免纖維材料染色不均，所以在此加入本發明的谷甾醇型界面活性劑增加其優異染色效果。

含本發明之谷甾醇型界面活性劑的染色組成物，不但符合綠色、環保概念，在色素之染色方面更具有極佳之固色作用，特別是在羊毛、尼龍等聚醯胺纖維之染色上。

本發明為一種纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法，包含使用下列之染色組成物對纖維材料進行染色，該組成物包含具有特定結構之谷甾醇型界面活性劑、染料、載劑。其中谷甾醇型界面活性劑係作為染整助劑，谷甾醇型界面活性劑含酯基結構，對羊毛鱗片層具有一定的増溶作用，有利於染料離子像纖維內部擴散和滲透。本發明使用谷甾醇型界面活性劑作為助劑來進行毛料、尼龍纖維之染色，發現可提升染料對纖維材料之染色性質，不論染著率或均染性均相當優異。

本發明所述之染料選自：酸性染料、植物性色素染料，該植物性染料選自：火龍果、紫高麗菜、茜草、薑黃、指甲花、紫草、紅花、靛藍、石榴、蘇木、槐花、薯榔、檳榔、洛神花、黃芩等植物性色素染料。

本發明所述之纖維材料選自：尼龍、羊毛、狐狸毛、駱駝毛、羽毛、兔毛等聚醯胺纖維材料。

本發明為一種纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法，包含使用下列之染色組成物對纖維材料進行染色，該染色組成物包含具有特定結構之谷甾醇型界面活性劑、染料、載劑。以染色組成物的總重量計，谷甾醇型界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%；染料的含量0.001重量%至10重量%；載劑的含量為80重量%至99.998重量%。本發明之染色組成物，利用所包含之谷甾醇型界面活性劑作為染色助劑，在染色過程中幫助纖維染色。

本發明所述之谷甾醇型界面活性劑具有通式(I)之結構，該谷甾醇型界面活性劑之製備，包含以谷甾醇、苦蔘鹼及分散性良好之聚乙二醇為主要原料，聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)作為親水基鏈段，谷甾醇和酸酐或二酸化合物進行反應合成得第一階段改質谷甾醇產物A，苦蔘鹼與鹼進行水解反應得第二階段苦蔘鹼水解產物B，之後將第一階段改質谷甾醇產物A及第二階段苦蔘鹼水解產物B再加入聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)反應合成，得最終谷甾醇型界面活性劑。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。本發明為利用谷甾醇型界面活性劑作為纖維材料染色之助劑，谷甾醇型界面活性劑結構，對羊毛、尼龍等聚醯胺纖維內部擴散和滲透，發現染色之效果非常良好，不論染著率或均染性，特別是尼龍纖維，具有優異產業利用性與市場取代性。

一種纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法，包含使用下列之染色組成物對纖維材料進行染色，該組成物包含具有特定結構之谷甾醇型界面活性劑、染料、載劑。該染色組成物，包含：谷甾醇型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述谷甾醇型界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%；染料，以所述染色組成物的總重量計，所述染料的含量為0.001重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.998重量%，其中，該谷甾醇型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：

n：聚乙二醇重複單位數，其值為2~10000

y：酸酐或二酸化合物中-CH₂-段之重複數量，其值為0~30之整數

本發明之纖維材料之染色組成物，其中谷甾醇型界面活性劑係由谷甾醇和酸酐或二酸化合物進行反應合成得第一階段改質谷甾醇產物A，苦蔘鹼與鹼進行水解反應得第二階段苦蔘鹼水解產物B，之後將第一階段改質谷甾醇產物A及第二階段苦蔘鹼水解產物B再加入聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)反應合成，因其特殊之化學構造，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。

本發明之纖維材料之染色組成物，其中，所述谷甾醇型界面活性劑係利用谷甾醇和酸酐或二酸化合物進行反應合成得第一階段改質谷甾醇產物A，苦蔘鹼與鹼進行水解反應得第二階段苦蔘鹼水解產物B，之後將第一階段改質谷甾醇產物A及第二階段苦蔘鹼水解產物B再加入聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)反應合成，製備出一系列具有良好之生物可分解性、不會對環境造成污染，且性質優異之水溶性谷甾醇型界面活性劑。本發明所述谷甾醇型界面活性劑，具有優異的化學穩定性和低皮膚刺激性，能與各種類型染料、界面活性劑及化妝品原料具有較佳的相容性，在酸性及鹼性條件下均有優良的穩定性，對皮膚刺激性低，生物降解性好，並具有優良的濕潤性，結合此兩種材料的優點。本發明所述之谷甾醇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，可應用於紡織染整業，是一極佳之染整助劑，織物經本發明所述谷甾醇型界面活性劑助劑存在下之均染及固色處理後對皮膚無傷害性，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。本發明之纖維材料之染色方法為利用谷甾醇型界面活性劑作為纖維材料染色之助劑，染色速度快慢受染液中染料與界面活性劑所形成之複合體的影響，染色時界面活性劑分子先吸附染料分子，使染料分子變大，染料分子與纖維染著速率減慢，而達到均染效果，解決染料染羊毛、尼龍織物時，產生不均染現象之問題。

本發明之纖維材料之染色組成物，其中，所述谷甾醇型界面活性劑之製備，係由生物可分解、對人體無毒性之由谷甾醇和酸酐或二酸化合物進行反應合成得第一階段改質谷甾醇產物A，苦蔘鹼與鹼進行水解反應得第二階段苦蔘鹼水解產物B，之後將第一階段改質谷甾醇產物A及第二階段苦蔘鹼水解產物B再加入聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)反應合成得到一系列天然谷甾醇型界面活性劑。本發明之谷甾醇型界面活性劑具有通式(I)之結構，如下所示

式中，n表示聚乙二醇重複單位數，其值為2~10000；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-段之重複數量，其值為0~30之整數。

本發明之染色方法中所述之谷甾醇型界面活性劑之製備包含下列(a)至(c)之合成步驟：(a)改質谷甾醇谷甾醇和酸酐或二酸化合物、溶劑(ex.乙酸乙酯)置於反應器中，再加入催化劑，緩緩加熱至30~100℃，並均勻攪拌，使酸酐或二酸化合物與溶劑均勻混合後，反應2~10小時後烘乾，得到改質谷甾醇產物A；(b)苦參鹼水解苦參鹼和鹼(ex.氫氧化鈉)置於反應瓶中升溫至60~150℃，反應4~20小時後滴入酸(ex.鹽酸)至微酸性，至烘箱將水分烘乾。進一步純化，加入乙醇析出氯化鈉，過濾固體後，將液體中的乙醇抽出，得水解苦參鹼產物B；(c)谷甾醇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，以及聚乙二醇(PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)合成反應，再加入催化劑，並均勻攪拌緩緩加熱至溫度60~180℃反應2~10小時，得一系列谷甾醇型界面活性劑產物。

本產物以改質谷甾醇、水解苦參鹼、聚乙二醇(PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)為主要原料，先將谷甾醇與琥珀酸酐合成反應改質谷甾醇，再將苦參鹼與氫氧化鈉水解反應，最後將兩階段產物與聚乙二醇合成為一系列谷甾醇/苦參鹼型界面活性劑。其中步驟(c)之合成為最終谷甾醇型界面活性劑產物。其中，變化不同EO鏈長之聚乙二醇(PEG1000、PEG2000、PEG4000、PEG6000)作為原料。產物代號分別為SMP600、SMP1000、SMP2000、SMP4000。

本發明之染色組成物中所述谷甾醇型界面活性劑之製備，其中，步驟(a)及(c)之催化劑選自：四異丙醇鈦(titanium isopropoxide)、硫酸(Sulfuric acid)、鹽酸(Hydrochloric acid)之至少一種。

本發明之染色方法中所述谷甾醇型界面活性劑之結構分析

IR：Perkin-Elmer Spectrum One(Perkin Elmer Cetus Instruments,Norwalk,CT)，將樣品濃縮、真空烘乾去除水分後，塗磨於KBr鹽片上進行測試。

紅外線光譜儀(FT-IR)是透過分子吸收紅外光區輻射作用引起振動和轉動能階的遷移所產生的紅外線吸收光譜來鑑定化合物，大多用於官能基之鑑定。因所有分子皆具有固定能量，造成鍵拉伸與彎曲，而原子擺動及搖動導致其他分子產生振動現象。然而，一個固定分子之官能基僅能在相當特定能階之特定頻率產生彎曲或振動，而當分子受紅外光照射時，僅當光的頻率與件的振動頻率相同時，振動的鍵才能吸收能量。圖一為本發明谷甾醇型界面活性劑各產物之紅外線FT-IR光譜分析結果。

本發明之纖維材料之染色方法，利用所合成之谷甾醇型界面活性劑作為助劑及染料對纖維材料進行染色，因谷甾醇型界面活性劑結構，發現染色之效果非常良好，不論染著率或均染性，特別是尼龍纖維，來得到深染及均勻的效果。

本發明將所合成之一系列之谷甾醇型界面活性劑與酸性染料C.I.Acid Red 114、C.I.Acid Yellow 42進行相互作用，並使用紫外光光譜儀測定其最大吸收波長(λ_max)之吸收度，固定酸性染料濃度，變化產物的濃度，得染料與助劑間的相互作用。

根據本發明之纖維材料之染色方法，實施例中利用所述染色組成物對纖維材料進行染色，包括以下步驟。浸染步驟，在室溫下將纖維材料浸入染色組成物中。緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料加熱至50℃~110℃。染色步驟，在50℃~110℃將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料持溫20分鐘~90分鐘。降溫出缸步驟，以0.5℃/min~5℃/min的降溫速率將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料降至40℃~80℃後，再將纖維材料從染色組成物中取出。

本發明之纖維材料之染色方法，包括以下步驟：提供纖維材料、提供染色組成物，其中以染色組成物的總重量計，染色組成物包含含量為0.001重量%至10重量%的谷甾醇型界面活性劑、含量為0.001重量%至10重量%的染料及含量為80重量%至99.998重量%的載劑。利用染色組成物對纖維材料進行染色。

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)而吸附在纖維材料的表面上。

以染色組成物的總重量計，染料的含量為0.001重量%至10重量%，且較佳為0.01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0.001重量%時，將無法有效地使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纖維材料，進而造成染料浪費的問題。

在本發明的實施例中，載劑的作用為提供染色組成物中的染料及谷甾醇型界面活性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。以染色組成物的總重量計，載劑的含量為80重量%至99.998重量%。

此外，在本發明的實施例中，染色組成物可更包含pH值調整劑，用於調整染色組成物的pH值。在室溫下，染色組成物的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。當染色組成物的pH值為上述範圍時，將能夠影響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纖維材料結合的速度。

在根據本發明之纖維材料之染色方法的實施例的染色組成物中，以染色組成物的總重量計，谷甾醇型界面活性劑的含量例如是0.01重量%至5重量%。

在根據本發明的一實施例的染色組成物中，以染色組成物的總重量計，染料的含量例如是0.01重量%至5重量%。

在根據本發明的一實施例的染色組成物中，染色組成物在室溫下的pH值例如是2~6。

基於上述可知，由於染色組成物中包含有谷甾醇型界面活性劑，因此當使用所述染色組成物對纖維材料進行染色時，染色組成物對纖維材料能夠具有良好的上染率及均染性，藉此達成纖維材料能夠深染和易染的效果，特別是纖維材料，也使得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。

在本實施例所提供的染色方法中，首先提供纖維材料及上述實施例所描述的染色組成物，接著利用所述染色組成物對纖維材料進行染色。在染色程序中，纖維材料與染色組成物的浴比例如是約1：40。舉例而言，若欲對重量為2.5克的纖維材料進行染色，則可將其浸泡於重量為100克的染色組成物中。

使用本發明的染色組成物對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纖維材料浸入染色組成物中。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的升溫速率將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料加熱至50℃~110℃。在浸染步驟及緩染步驟中，染色組成物中的染料可初步地吸附在纖維材料的表面上，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50℃~110℃下將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料持溫20分鐘~90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谷甾醇型界面活性劑，因此在50℃~110℃的溫度下，染色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的降溫速率將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料降至約40℃~80℃後，再將纖維材料從染色組成物中取出。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，列於表1~11可知，在本發明的染色方法中，由於使用含有谷甾醇型界面活性劑的染色組成物對纖維材料進行植物性天然色素、或酸性染料之染色，因此染色後的纖維材料具有良好的上色率及均染性。

圖一、本發明所述之谷甾醇型界面活性劑之紅外線光譜圖

下文將參照實驗例及比較例，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。

本發明所述谷甾醇型界面活性劑之製備與性質測定

使用材料：

(1)谷甾醇

(2)苦参鹼

(3)丁二酸酐(Succinic anhydride)

(4)聚乙二醇(變化不同EO鏈：PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000)

(5)四異丙醇鈦(Titanium Isopropoxide)

MF：[(CH₃₎₂CHO]₄Ti，Mw：284.26g/mol

6)染料

(a)Ever acid Mill Red RS(C.I.Acid Red 114)

化學式：C₃₇H₂₈N₄Na₂O₁₀S₃，Mw：830.81g/mol

(b)Ever acid Milling Yellow MR(C.I.Acid Yellow 42)

化學式：C₃₂H₂₄N₈Na₂O₈S₂，MW：758.69g/mol

本發明之谷甾醇型界面活性劑之合成，係包含(a)至(c)之合成步驟如下：

(a)谷甾醇改質1mole谷甾醇、琥珀酸酐、溶劑乙酸乙酯和0.1g催化劑(四異丙醇鈦(Titanium Isopropoxide))，置於反應瓶中並均勻攪拌緩緩加熱至50~75℃，於此溫度恆溫反應4~6小時後，抽氣過濾其不純物，並於50℃真空乾燥，得產物A；(b)苦參鹼水解將1莫耳苦參鹼和1.66M氫氧化鈉置於反應瓶中升溫至90℃，反應16小時後滴入1.66M鹽酸至微酸性，至烘箱將水分烘乾，加入乙醇析出氯化鈉，過濾固體後，將液體中的乙醇抽出，得產物B；(c)谷甾醇型界面活性劑之合成將將1mole的聚乙二醇(600,1000,2000,4000)以及1mol步驟(a)產物和1mol步驟(b)產物，置於反應瓶中升溫至100℃攪拌使兩者及聚乙二醇均勻混合後，加入兩滴硫酸緩緩升溫至130℃真空抽氣，反應4小時，得一系列谷甾醇型界面活性劑。產物代號分別為SMP600、SMP1000、SMP2000、SMP4000。

本發明所述谷甾醇型界面活性劑之結構鑑定分析

本發明所合成谷甾醇型界面活性劑分子的構造由(FT-IR)來確認，紅外線光譜分析圖其主要是判定分子結構，因為所有的分子具有某些固定量的能量，造成鍵拉伸及彎曲，而原子擺動及摇動，而造成其他分子發生振動，而一個固定分子僅能在相當於特定能階之特定頻率彎曲或振動。當一分子用紅外光照射時，僅當光的頻率與鍵的振動頻率相同時，振動的鍵才會吸收能量。

圖一為本發明所述谷甾醇型界面活性劑產物之紅外線FT-IR光譜分析結果，所合成谷甾醇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-CH ₃對稱伸縮與彎曲振動位置分別在2972~2927cm ^-1、1475cm ^-1；；C=O伸縮振動之位置在1731cm ^-1；C=C苯環的骨架振動之位置在1641cm ^-1；=CH之平面外彎曲振動吸收位置在948cm ^-1；C-H之彎曲振動位置分別在1362cm ^-1、843cm ^-1；C-O之伸縮振動吸收位置在1272~1114cm ^-1。

本發明之色素染料除了一般酸性直接染料外，還包含天然植物性色素染料，植物性天然色素染料之製備，例如，將火龍果利用果汁機的方式萃取蔬果液，因火龍果萃取後有殘留雜質，必須經由抽氣過濾器的過濾才能得到我們所需的植物性天然色素。紫高麗菜利用果汁機、或水煮的方式萃取蔬果液，因紫高麗菜萃取後有殘留雜質，必須經由抽氣過濾器的過濾才能得到我們所需的植物性天然色素。

所得植物性天然色素主要化學結構如下：

(1)火龍果(Hylocereus undatus(Haw.)Britt.)，(C₂₄H₂₆N₂O₁₃)，Sigma。

(2)紫高麗菜(Brassica oleracea var.capitata f.rubra)，(C₁₅H₁₁O₆)，Sigma。

毛料纖維的主要成分為角蛋白，它由多種α-氨基酸殘基構成，可聯結成呈螺旋形的長鏈分子，其上含有羧基、胺基和羥基等，在分子間形成鹽式鍵和氫鍵等。長鏈之間由胱氨酸的二硫鍵形成的交鍵相聯結。植物性天然色素染料多為酸性染料，酸性染料化學構造通常含有-OH基、-COOH基、-SO₃H基，能在酸性及弱酸性或中性染浴中對毛料或尼龍纖維染色。

植物性天然色素染料中酸性基團多為-OH基、-SO₃H基、 -COOH基，此類基團易溶於水，在水中解離成染料陽離子為陰離子性，需藉助酸之幫忙，方可行離子鍵結合而染色。染色操作簡單、色彩鮮明、洗濯堅牢度中等。

染色性測試，對染料染色性能評價的重要指標之一就是染色深度。Kubelka-Munk染色深度方程式在被測物體的吸收係數K和散射係數S，與固體試樣中有色物質濃度C之間建立了一定的函數關係。通過計算得到的K/S值越大，固體試樣表面顏色越深，即有色物質濃度越高，染料染色性能越好。界面活性劑可扮演著溼潤劑、均染劑、增溶劑、沉澱防止劑等角色，因此染料與界面活性劑的相互作用在許多染色工序中是非常重要的，譬如運用在織物染色、相片沖印、噴墨技術等工序上。

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)

本發明實驗使用酸性直接染料(C.I.Acid Rcd 114、C.I.Acid Yellow 42)，並以醋酸調整pH4.5，在弱酸性的環境下能讓凡得瓦力與氫鍵作用，得到較好的上色速率及上色度，但酸性染料染羊毛、尼龍纖維，不容易均染，故使用本發明之谷甾醇型界面活性劑來增加均染及染着率。

本發明之纖維材料之染色方法，分別調配染料濃度1% o.w.f (1克以載劑稀釋至80克，形成質量百分比1%，亦即使用的染料是佔全部染液的1%)及助劑(谷甾醇型界面活性劑)濃度為0.05wt%(質量百分比)、載劑(水)所構成之染色組成物，用以將尼龍纖維布進行染色，再藉由瑞比染色打樣機、分光光度測色儀等儀器分析各項相關性質，探討染料或助劑之添加對尼龍織物染色之影響。

染色性：應用染料染羊毛、尼龍織物時，最大問題是產生不均染現象，故需使用均染劑來達到均染效果。染色速度快慢受染液中染料與界面活性劑所形成之複合體的影響，染色時界面活性劑分子先吸附染料分子，使染料分子變大，染料分子與纖維染著速率減慢，而達到均染效果。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。使用電腦染色機(Drum Dyeing Testing Matching)染色，再利用電腦配色系統(Color Matching System,CS-5)測試。

實驗藥品與材料

尼龍纖維布料

醋酸Acetic Acid,Glacial CH₃COOH，分子量60.05，試藥一級，購自日本試藥公司

助劑：谷甾醇型界面活性劑

染料：C.I.Acid Red 114、C.I.Acid Yellow 42

實驗步驟

1、秤取尼龍纖維布料2克

2、配製染色組成物100ml

A、配製染料濃度分別為：1% o.w.f(質量百分比，使用的染料是佔全部染液的1%)。

B、配製濃度為0.05%(質量百分比)之助劑，助劑選自：不同之EO鏈長之谷甾醇型界面活性劑。

C、以醋酸調整為pH=4.5，浴比：1：40

3、浸染步驟，在室溫下分別將纖維材料與染色組成物置入鋼瓶中。

4、緩染步驟，經瑞比染色打樣機的染色條件，以1℃/min升溫速度將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料加熱至70，75，80，85，90℃。

5、染色步驟，在70，75，80，85，90℃將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料持溫30分鐘。

6、降溫出缸步驟，以1℃/min的降溫速率將染色組成物及浸泡於其中的纖維材料降至50℃後，再將纖維材料從染色組成物中取出缸。

7、水洗陰乾

8、進行染色

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。將纖維織物放入鋼瓶中，把瓶蓋栓緊，設定起始溫度為50℃，每一分鐘上升1℃。到達70℃時，將鋼瓶放入電腦染色機的鋼瓶座上，經5分鐘後，取出其中一支鋼瓶，鋼瓶內的織物充分水洗，再予以自然乾燥。在70，75，80，85，90℃時，分別取出其餘鋼瓶，水洗後自然乾燥。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。

染色力度及評估結果

染整工業利用染料進行染色時，需於染液中加入導染劑，使染料容易進入纖維內部，達到深染、殘液少之目的。而導染劑必須具有良好之分散性，才有助於染料向纖維內部擴散、防止染料凝集、不抑制最終染著、具適度之緩染性與均染性等作用。此外亦要求起泡性小，對染色堅牢度無影響。對染料染色性能評價的重要指標之一就是染色深度。Kubelka-Munk染色深度方程在被測物體的吸收係數K和散射係數S，與固體試樣中有色物質濃度C之間建立了一定的函數關係。通過計算得到的K/S值越大，固體試樣表面顏色越深，即有色物質濃度越高，染料染色性能越好。

使用含本發明之谷甾醇型界面活性劑之染色組成物，進行尼龍纖維布料染色後之染色性質之測試如下：

分光光度測色儀分析

使用Gretag Macbeth Color-Eye 2180UV/2180分光光度測色儀，以比較例(不添加本發明之谷甾醇型界面活性劑之助劑者)所得之染色後的尼龍纖維布做為標準樣本，分別評估實驗例中各染料組成物所得之染色後的尼龍纖維布的染色著色力度及色差，且結果紀錄於表1~表5、表6~表11中。

根據庫貝爾卡-芒克理論(Kubelka-Munk Theory)計算著色力度。在以下表1~表5、表6~表11中，比較例(標準樣本)的著色力度將設定為100.0。

本發明之谷甾醇型界面活性劑添加量為0.05%者，著色力度色差分析結果如表1~表6、表7~表12，為變化不同EO鏈：PEG600、 PEG1000、PEG2000、PEG4000反應合成得到一系列天然谷甾醇型界面活性劑為助劑以及不同溫度下進行染色，結果顯示其染料分散性因谷甾醇型界面活性劑的添加，其分散性愈好，由於谷甾醇型界面活性劑可將凝集之染料部份溶化，染料較不易凝集，即對染料具有較佳之分散性。

表1~表5為70℃、75℃、80℃、85℃、90℃在尼龍織物上之C.I.Acid Red 114染色性，表1為在70℃尼龍織物上之C.I.Acid Red 114染色性，使用一系列谷甾醇型界面活性劑產物之染色差結果，在色差測試結果顯示，其中以SMP600產物在70℃比其他C鏈長△E值小，其均染度較佳，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在70℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物下的染色K/S值比使用市售陰離子和非離子界面活性劑之K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好表2為在75℃尼龍織物上之C.I.Acid Red 114染色性為使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，在色差測試結果顯示，其中以SMP2000產物在75℃比其他C鏈長△E值小，其均染度較佳，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在75℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600的K/S值最大，染著效果最好。表3為在80℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Red 114使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其中以SMP600產物在80℃比其他C鏈長△E值小，其均染度較佳，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在80℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600的K/S值最大，染著效果最好。表4為在85℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Red 114使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其中以SMP1000產物在85℃比其他C鏈長△E值小，其均染度較佳，SMP2000具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在85℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP2000的K/S值最大，染著效果最好。表5為在90℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Red 114使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其中以SMP600產物在90℃比其他C鏈長△E值小，其均染度較佳，SMP2000具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在90℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP2000的K/S值最大，染著效果最好。表6所示為C.I.Acid Red 114染著尼龍織物色布卡。本發明所合成之谷甾醇型界面活性劑為天然可分解型，針對染料結構與纖維特性選擇適當助劑添加可達最佳化之染著效果。

表7~表11為C.I.Acid Yellow 42在70℃、75℃、80℃、85℃、90℃在尼龍織物上之染色性，表7在70℃織物上之染色性為C.I.Acid Yellow 42使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳。SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在70℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好。表8在75℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Yellow 42使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以SMP2000產物在75℃比其他C鏈長△E值小，均染效果較為優界。比較不同C鏈長，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在75℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好。表9在80℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Yellow 42使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以SMP600產物在80℃比其他C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在80℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好。表10在85℃尼龍織物上之染色性為C.I.Acid Yellow 42使用系列產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以SMP2000產物在85℃比其他C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，SMP2000具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在85℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP2000染著效果最好。表11在90℃尼龍織物上之染色性為C.I.Yellow 42使用一系列谷甾醇型界面活性劑產物染色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以SMP2000產物在90℃比其他C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，SMP600具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在90℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售陰離子和非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好。在90℃所合成一系列谷甾醇型界面活性劑產物的K/S值比較市售非離子界面活性劑K/S值大，SMP600、SMP2000的K/S值比陰離子界面活性劑及非離子界面活性劑K/S值大，表示染著效果比較市售的助劑為佳，其中以SMP600染著效果最好。C.I.Acid Yellow 42著尼龍織物色布卡如表12所示。本發明所合成之谷甾醇型界面活性劑為天然可分解型，可減少對環境的污染，綜合相關數據顯示添加助劑有助於染料上染率，選擇適當助劑添加可達最佳化之染著效果。

由上述實施例顯示本發明使用谷甾醇型界面活性劑作為助劑進行染料對纖維材料之染色，與酸性染料具有相互作同，界面活性劑的加入可使染料產生分散與溶解作用，使染後上色率提高，在pH4.5時，染料的飽和吸附量與纖維的末端胺基含量相當，因而染料上染速度較快，容易產生不均現象，但透過谷甾醇型界面活性劑之添加可與染料先形成複合物(Complex)，降低其染料溶解性，使分子緩慢釋放，啟發緩染作用，具有提升均染性之作用。

本發明所使用之谷甾醇型界面活性劑，透過縮合反應製備一系列天然谷甾醇型界面活性劑。根據本發明研究團隊實驗證明此水溶性谷甾醇型界面活性劑具有低起泡性、降低表面張力，溼潤性、乳化及分散等界面活性，合成之水溶性谷甾醇型界面活性劑，具有良好之界面活性可應用於許多的加工處理，紡織染整與混合分散劑，且具有生物可分解性，將本發明之谷甾醇型界面活性劑作為助劑，應用於纖維材料之染色上，可促進染料對纖維材料之染色效果佳，還可以因其具有無毒、生物可分解性，降低環境污染，大幅提升其經濟效益與實用性能。

本發明之發明特徵、內容與優點及其所達成之功效，將本發明以實施例之表達形式詳細說明如上，而於文中所使用之表列，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，不應就所附之表列的比例侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。

Claims

一種纖維材料之染色組成物，該組成物包含：谷甾醇型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述谷甾醇型界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%；染料，以所述染色組成物的總重量計，所述染料的含量為0.001重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.998重量%，其中，該谷甾醇型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：
式中n表示聚乙二醇重複位數，其值為2~10000；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-段之重複數量，其值為0~30之整數。
一種纖維材料之染色方法，包含使用下列之染色組成物對纖維材料進行染色，該組成物包含：谷甾醇型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述谷甾醇型界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%；染料，以所述染色組成物的總重量計，所述染料的含量為0.001重量%至10重量%；以及載劑，以所述染色組成物的總重量計，所述載劑的含量為80重量%至99.998重量%，其中，該谷甾醇型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：
式中n表示聚乙二醇重複位數，其值為2~10000；y表示酸酐或二酸化合物中-CH₂-段之重複數量，其值為0~30之整數。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中所述載劑為選自：水、乙醇、丙酮或其混合溶液。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中以所述染色組成物的總重量計，所述谷甾醇型界面活性劑的含量為0.01重量%至5重量%。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中以所述染色組成物的總重量計，所述染料的含量為0.01重量%至5重量%。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中所述染色組成物在室溫下的pH值範圍為2至6。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中纖維材料選自：尼龍、羊毛、狐狸毛、駱駝毛、羽毛、兔毛。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中染料包含：酸性染料、植物性天然色素染料。
如申請專利範圍第2項所述纖維材料之染色方法，其中利用所述染色組成物對所述纖維材料進行染色，包括：浸染步驟，在室溫下將所述纖維材料浸入所述染色組成物中；緩染步驟，以0.5℃/min~5℃/min的升溫速率將所述染色組成物及浸泡於其中的所述纖維材料加熱至50℃~110℃；染色步驟，在50℃~110℃將所述染色組成物及浸泡於其中的所述纖維材料持溫20分鐘~90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組成物及浸泡於其中的所述纖維材料降至40℃~80℃後，再將纖維材料從染色組成物中取出。
一種纖維製品，係將纖維材料經申請專利範圍第1項之纖維材料之染色組成物或第2至9項中任一項的纖維材料之染色方法染色而得者。