TWI817595B - 纖維材料之染色組成物及該組成物之染色方法 - Google Patents
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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胺基酸矽氧烷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：胺基酸矽氧烷型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述胺基酸矽氧烷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%。本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑結構，對能增強聚酯纖維織物之均染性。應用染料染纖維材料時，最大問題是產生不均染現象，本發明為利用胺基酸矽氧烷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
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，藉由使用胺基酸矽氧烷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。本發明之胺基酸矽氧烷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。本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑結構，能增強聚酯纖維與聚醯胺纖維之均染性，在聚酯纖維與聚醯胺纖維染色中發揮較好的均染作用。
聚酯纖維與聚醯胺纖維之染色一般使用酸性染料，開發聚酯纖維與聚醯胺纖維染色用染整助劑，(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綠色環保的胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為染色助劑，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 2~6，酸性越強染料染著也越快，但易生染斑，本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑結構，能增強聚酯與聚醯胺纖維織物之均染性，在染色中發揮較好的均染作用。使用本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑，可加強均染性、染着率及其固色性能。酸性染料對聚酯與聚醯胺纖維織物的染色，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酯纖維與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。以酸性染料染聚酯纖維與聚醯胺纖維，可有效提高其濕摩擦堅牢度，染料可溶於水中，分子量小，對聚酯與聚醯胺等之纖維具有親和性，而對一般纖維的親和力小。本發明為利用胺基酸矽氧烷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胺基酸矽氧烷型界面活性劑增加其優異染色效果。
含本發明之胺基酸矽氧烷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，特別是在聚酯與聚醯胺等纖維之染色上。
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胺基酸矽氧烷型界面活性劑、染料、載劑。其中胺基酸矽氧烷型界面活性劑係作為染整助劑，胺基酸矽氧烷型界面活性劑含酯基與醯胺基結構，對聚酯纖維與聚醯胺纖維具有一定的增溶作用，有利於染料分子向纖維內部擴散和滲透。本發明使用胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為助劑來進行聚酯纖維與聚醯胺纖維之染色，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：聚酯纖維與尼龍、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胺基酸矽氧烷型界面活性劑、染料、載劑。以染色組成物的總重量計，胺基酸矽氧烷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，利用所包含之胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為染色助劑，在染色過程中幫助纖維染色。
本發明所述之胺基酸矽氧烷型界面活性劑具有通式(I)之結構，該胺基酸矽氧烷型界面活性劑之製備，是以環境友善胺基酸為主要原料，對織物具柔軟性能之聚矽氧烷，以及不同碳鏈數之脂肪酸為主要原料，
脂肪酸(fatty acid變化不同碳鏈數，C=8，12，14，18)，界面活性劑之合成包含：步驟(a)胺基酸與脂肪酸反應醯胺化，獲得第一階段產物A；步驟(b)聚矽氧烷鏈延伸，將聚矽氧烷與間苯二甲酸二烷酯磺酸鈉衍生物反應，獲得聚矽氧烷鏈延伸之第二階段產物B；步驟(c)胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成，係將步驟(a)之第一階段產物A與步驟(b)之第二階段產物B反應，合成一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑。其結構含有親、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。本發明為利用胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為纖維材料染色之助劑，胺基酸矽氧烷型界面活性劑之結構，對聚酯與聚醯胺等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，特別是聚酯與尼龍纖維，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胺基酸矽氧烷型界面活性劑、染料、載劑。該染色組成物，包含：胺基酸矽氧烷型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述胺基酸矽氧烷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，該胺基酸矽氧烷型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：
x：聚二甲基矽氧烷重複單位數，其值為2~10000
y：胺基酸化合物中緊鄰較長鏈酸基之-CH2-段之重複數量，其值為1~25之整數
R：脂肪酸碳鏈數6~30之長鏈飽和或不飽和碳氫有機基團
本發明之纖維材料之染色組成物，其中胺基酸矽氧烷型界面活性劑係是以環境友善胺基酸為主要原料，對織物具柔軟性能之聚矽氧烷，以及不同碳鏈數之脂肪酸為主要原料，脂肪酸(fatty acid變化不同碳鏈數，C=8，12，14，18)，界面活性劑之合成包含：步驟(a)胺基酸與脂肪酸反應醯胺化，獲得第一階段產物A；步驟(b)聚矽氧烷鏈延伸，將聚矽氧烷與間苯二甲酸二烷酯磺酸鈉衍生物反應，獲得聚矽氧烷鏈延伸之第二階段產物B；步驟(c)胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成，係將步驟(a)之第一階段產物A與步驟(b)之第二階段產物B反應，合成一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑，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，所述胺基酸矽氧烷型界面活性劑，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具有優良的化學穩定性等優點。本發明所述之胺基酸矽氧烷型界面活性劑具有優異之分散乳化能力、潤濕潤滑性，
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和低皮膚刺激性之特性，可應用於紡織染整業，是一極佳之染整助劑，織物經本發明所述胺基酸矽氧烷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胺基酸矽氧烷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，解決染料染聚酯與聚醯胺織物時，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，所述胺基酸矽氧烷型界面活性劑之製備，是以環境友善胺基酸為主要原料，對織物具柔軟性能之聚矽氧烷，以及不同碳鏈數之脂肪酸為主要原料，脂肪酸(fatty acid變化不同碳鏈數，C=8，12，14，18)，界面活性劑之合成包含：步驟(a)胺基酸與脂肪酸反應醯胺化，獲得第一階段產物A；步驟(b)聚矽氧烷鏈延伸，將聚矽氧烷與間苯二甲酸二烷酯磺酸鈉衍生物反應，獲得聚矽氧烷鏈延伸之第二階段產物B；步驟(c)胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成，係將步驟(a)之第一階段產物A與步驟(b)之第二階段產物B反應，合成一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑。本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑具有通式(I)之結構，如下所示
本發明之染色方法中所述之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之製備
包含下列(a)至(c)之合成步驟：
步驟(a)胺基酸與脂肪酸反應醯胺化
胺基酸和不同鏈長之脂肪酸(C=8、12、14、18)，再加入催化劑並均勻攪拌緩緩加熱至80~200℃反應2~8hr，得第一階段產物A；
獲得第一階段產物A；
步驟(b)聚矽氧烷鏈延伸
將莫耳比約2：1的聚矽氧烷與間苯二甲酸二烷酯磺酸鈉衍生物置於裝配有攪拌棒、溫度計之四口反應瓶中，再加入催化劑並均勻攪拌緩緩加熱至100~200℃，於此溫度恆溫反應3~15小時後，過濾其不純物，獲得聚矽氧烷鏈延伸之第二階段產物B；
步驟(c)胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成
係將步驟(a)之第一階段產物A與步驟(b)之第二階段產物B，再加入催化劑並均勻攪拌，置於反應瓶中升溫至80~200℃，並利用水流式抽氣減壓去除水份至外接H管並反應1~6小時，得一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑。
本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之製備方法，其中，步驟(a)~(c)之催化劑選自：4-2甲氨基吡啶(DMAP)、四異丙醇鈦(titanium isopropoxide)、硫酸(Sulfuric acid)、鹽酸(Hydrochloric acid)之至少一種。
本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成
其中基酸化合物以谷氨酸為例，脂肪酸(變化不同碳鏈長：C=8、12、14、18)，聚二甲基矽氧烷(分子量3400)為原料，所合成之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑，代號分別為：C8、C12、C14、C18。合成反應式如下：
步驟(a)
步驟(b)
步驟(c)
本發明之纖維材料之染色方法，利用所合成之胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為助劑及染料對纖維材料進行染色，因胺基酸矽氧烷型界面活性劑結構，發現染色之效果非常良好，不論染著率或均染性，特別是聚酯纖維與尼龍纖維，來得到深染及均勻的效果。
本發明將所合成之一系列之胺基酸矽氧烷型界面活性劑與酸性染料C.I.Disperse Blue 56、C.I.Disperse Red 60進行相互作用，並使用紫外光光譜儀測定其最大吸收波長(λmax)之吸收度，固定酸性染料濃度，變化助劑產物的濃度，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%的胺基酸矽氧烷型界面活性劑、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胺基酸矽氧烷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，胺基酸矽氧烷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胺基酸矽氧烷型界面活性劑，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，特別是聚酯與聚醯胺纖維材料，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胺基酸矽氧烷型界面活性劑，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1~10可知，在本發明的染色方法中，由於使用含有胺基酸矽氧烷型界面活性劑的染色組成物對纖維材料進行酸性染料之染色，因此染色後的纖維材料具有良好的上色率及均染性。
圖1 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C8產物與C.I.Disperse Blue 56之吸收光譜圖
圖2 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C12產物與C.I.Disperse Blue 56
之吸收光譜圖
圖3 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C14產物與C.I.Disperse Blue 56之吸收光譜圖
圖4 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C18產物與C.I.Disperse Blue 56之吸收光譜圖
圖5 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C8產物與C.I.Disperse Red 60之吸收光譜圖
圖6 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C12產物與C.I.Disperse Red 60之吸收光譜圖
圖7 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C14產物與C.I.Disperse Red 60之吸收光譜圖
圖8 本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑C18產物與C.I.Disperse Red 60之吸收光譜圖
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。
本發明所述胺基酸矽氧烷型界面活性劑之製備與性質測定使用材料：
(1)谷氨酸
(2)脂肪酸(變化不同碳鏈長：C=8、12、14、18)
(3)間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(SIPM)
(4)聚二甲基矽氧烷(分子量3400)
(5)四異丙醇鈦(Titanium isopropoxide)催化劑
(6)染料
(a)C.I.Disperse Blue 56藍色色素
(b)C.I.Disperse Red 60紅色色素
本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成，係包含(a)至(c)之合成步驟如下：
(a)胺基酸與脂肪酸反應醯胺化
將谷氨酸1莫耳分別和1莫耳不同碳鏈長之脂肪酸(C=8、12、14、18)，在四異丙醇鈦催化劑存在下，加熱至120℃反應4hr，得第一階段產物A；
(b)聚矽氧烷鏈延伸，先將莫耳比2：1的聚二甲基矽氧烷和間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(SIPM)置於裝配有攪拌棒、溫度計之四口反應瓶中，再加入1g四異丙醇鈦催化劑並均勻攪拌緩緩加熱至120~160℃，於此溫度恆溫反應5~10小時後，過濾其不純物，得第二階段產物B；
(c)胺基酸矽氧烷型界面活性劑之合成，將1莫耳第一階段產物A和1莫耳第二階段產物B置於反應瓶中，在四異丙醇鈦催化劑存在下，升溫至120℃，並利用水流式抽氣減壓去除水份至外接H管並反應2小時，得一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑。
本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑產物，以變化不同碳鏈長之脂肪酸(C=8、12、14、18)為原料，所合成之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑，代號分別為：C8、C12、C14、C18。
本發明之色素染料除了一般酸性直接染料、酸性分散染料外，還包含天然植物性色素染料，例如咖啡色素、薑黃色素、火龍果色素的植物性天然色素。
聚酯纖維其上含有酸基、羥基、酯基等在分子間形成氫鍵。聚醯胺纖維其上含有酸基、胺基、醯胺基等在分子間形成氫鍵。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，其與一般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聚酯、聚醯胺纖維及毛料或尼龍纖維染色。
酸性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染料(C.I.Disperse Blue 56藍色色素、C.I.Disperse Red 60紅色色素)，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，但酸性染料染聚酯纖維、聚醯胺纖維，不容易均染，故使用本發明之胺基酸矽氧烷型界面
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(胺基酸矽氧烷型界面活性劑)濃度為0.05wt%(質量百分比)、載劑(水)所構成之染色組成物，用以將聚酯纖維布進行染色，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聚酯織物染色之影響。
染色性：應用染料染聚酯或聚醯胺織物時，最大問題是產生不均染現象，故需使用均染劑(助劑)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
聚酯纖維布料
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：胺基酸矽氧烷型界面活性劑
染料：C.I.Disperse Blue 56藍色色素、C.I.Disperse Red 60紅色色素
實驗步驟
1、秤取聚酯纖維布料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：不同碳鏈長之脂肪酸所合成之系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑(產品代號分別為C8、C12、C14、C18)。
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75，85，90，95℃。
5、染色步驟，在75，85，90，95℃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75，85，90，95℃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。
使用含本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之染色組成物，進行聚酯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(不添加本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑之助劑者)所得之染色後的聚酯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聚酯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10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10中，比較例(標準樣本)的著色力度
將設定為100.0。
本發明之胺基酸矽氧烷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5、表6~表10，為變化不同C碳鏈長之脂肪酸所合成之系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑(產品代號分別為C8、C12、C14、C18)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胺基酸矽氧烷型界面活性劑的添加，其分散性愈好，由於胺基酸矽氧烷型界面活性劑可將凝集之染料部份溶化分散化，染料較不易凝集，即對染料具有較佳之分散性。
表1~表5為C.I.Disperse Blue 56色素在75，85，90，95℃聚酯織物上之染色性，表1為在75℃時之聚酯織物上之染色性，以C.I.Disperse Blue 56色素及使用本發明之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑為助劑(固色劑)之染色色差△E結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C8產物在75℃時比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C14產物具有最高K/S值，染著效果比較其它鏈長的產物佳，在75℃時所合成一系列胺基酸矽氧烷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C14產物染著效果最好。
表2在85℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Blue 56使用本發明之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑為助劑(固色劑)產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C12產物在85℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C18產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在85℃所合成胺基酸矽氧烷一系
列產物的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C18產物染著效果最好。
表3在90℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Blue 56使用本發明之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑為助劑(固色劑)產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C14產物在90℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C8產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在90℃所合成胺基酸矽氧烷一系列產物的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C8產物染著效果最好。
表4在95℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Blue 56使用本發明之一系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑為助劑(固色劑)產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C8產物在95℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C8產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在95℃所合成胺基酸矽氧烷一系列產物的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C8產物染著效果最好。本發明所合成之胺基酸矽氧烷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本發明之助劑有助於染料上染率與均染性，選擇適當助劑添加可達最佳化之染著效果。
表6~表10為C.I.Disperse Red 60在75℃、85℃、90℃、95℃在聚酯纖維上之染色性。表6在75℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Red 60使用系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C18產物在75℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長C8產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在75℃所合成一系列胺基酸矽氧烷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C8產物染著效果最好。
表7在85℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Red 60使用系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑產物染色色差結果，在色差測試結果顯
示，其均染度較佳，其中以C18產物在85℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C18產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在85℃所合成一系列胺基酸矽氧烷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C18產物染著效果最好。
表8在90℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Red 60使用系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C18產物在90℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C8產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在90℃所合成一系列胺基酸矽氧烷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C8產物染著效果最好。
表9在95℃聚酯纖維上之染色性為C.I.Disperse Red 60使用系列胺基酸矽氧烷型界面活性劑產物染色色差結果，在色差測試結果顯示，其均染度較佳，其中以C14產物在95℃比其它C鏈長△E值小，均染效果較為優異。比較不同C鏈長，C8產物具有最高K/S值，染著效果比較其他鏈長的產物佳，在95℃所合成一系列胺基酸矽氧烷胺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C8產物染著效果最好。
本發明所合成之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均染率和染著率，選擇適當助劑添加可達最佳化之均染及染著效果。
染料與界面活性劑之相互作用
Perkin Elmer Lambda 25 Spectrophotometer，染料使用分散染料，染料先利用再結晶方式精製後，再配製染料濃度1×10-2mol/L，變化胺基酸矽氧烷型界面活性劑濃度1×10-2~7.5×10-3mol/L，取相同體積之染液與試樣溶液充分混合，取試樣水溶液置放於石英cell內，以紫外線光譜儀測其吸收波峰之變化。
界面活性劑在染色工程的應用上相當重要，如濕潤劑、均染劑、增溶劑、沉澱防止劑等等。染色工程中，染色溶液是利用染料和各種助劑(界面活性劑)混合調配組成。在染浴中添加界面活性劑由於界面活性劑與染料分子具有親和力，因此彼此間會行相互作用而產生所謂的複合體(Complex)，複合體形成後會改變染料與界面活性劑溶液之光譜吸收特性，進而影響染色過程。然而界面活性劑與染料分子間之相互作用機制如下圖
所示，在較低助劑濃度時，一個染料分子與界面活性劑分子形成複合體(DS2、DS3)，複合體形成後會改變染料與界面活性劑溶液之光譜吸收特性，進而影響染色過程。一般染料在染浴中常常凝集成分子聚集體(Aggregate)，此凝集之現象會因界面活性劑之加入產生解凝集作用(Disaggregation)，使得光譜吸收度增大。若加入界面活性劑形成的染料與界面活性劑的複合體比單獨染料大，則表示界面活性劑的加入增加了染料的凝集現象，導致吸收度降低。
在纖維染色工程，分散性染料造成物理性污染或化學性污染，均較呈現低敏感性。分散染料屬於非離子型染料，染料易與產物的疏水基團產生相互作用而形成複合體，水溶液因產物的非離子親水性微胞包覆複合體而產升溶解現象使吸光度上升，而凝集現象因產物之加入產生分散作用，因而吸光度增加。
本發明將所合成之一系列產物與C.I.Disperse Blue 56、C.I.Disperse Red 60作用，並使用紫外光光譜儀測定其最大吸收波長(λmax)之吸收度。圖1~圖8為合成產物以不同濃度固定C.I.Disperse Blue 56、C.I.
Disperse Red 60染料濃度之吸收光譜圖，隨界面活性劑濃度增加吸收度增加，此乃因染料本身會產生凝集，加入界面活性劑後會造成解凝集作用，故界面活性劑濃度增加時，最大吸收度亦隨之增加。而當助劑添加後最大吸收波長(λmax)明顯往短波長方向移動產生藍移現象(blue shift)。染料溶液中會因界面活性劑的加入而形成複合體，此時最大吸收度與最大吸收波長(λmax)會因複合體的形成與增加而改變。當溶液中的染料全數轉變複合體時而λmax之吸收波長就不會再移動，而吸收度仍然會因助劑濃度增加而增加。複合體之形成在布料方面添加助劑可減緩染料上色速度使染料均勻分布在織物上。
染色性實驗中，表1~表10為本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為助劑進行染料對纖維材料之染色，其顯示本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑與酸性染料具有相互作用，當助劑添加後最大吸收波長(λmax)都明顯往短波長方向移動，產生藍移現象(Blue Shift)，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。
染色性實驗中，本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為助劑進行染料對纖維材料之染色，比市售陰離子、非離子型界面活性劑在染色工程上可提高染色之良率，且染著率比市售陰離子、非離子型界面活性劑佳。
由上述實施例顯示使用本發明之胺基酸矽氧烷型界面活性劑作為助劑進行染料對纖維材料之染色，本發明之助劑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，但透過本發明之胺基酸矽氧烷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。
本發明所合成之一系列天然胺基酸矽氧烷型界面活性劑，根據本發明研究團隊實驗證明此胺基酸矽氧烷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，本發明所合成之胺基酸矽氧烷型界面活性劑，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，將本發明之胺基酸矽氧烷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 (10)
- 一種纖維材料之染色組成物，該組成物包含：胺基酸矽氧烷型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述胺基酸矽氧烷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，該胺基酸矽氧烷型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：
式中x表示聚二甲基矽氧烷重複位數，其值為2~10000；y表示胺基酸化合物中緊鄰較長鏈酸基之-CH2-段之重複數量，其值為1~25數；R為脂肪酸碳鏈數6~30之長鏈飽和或不飽和碳氫有機基團。 - 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：胺基酸矽氧烷型界面活性劑，以所述染色組成物的總重量計，所述胺基酸矽氧烷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，該胺基酸矽氧烷型界面活性劑，具有下列通式(I)之化學結構：
式中x表示聚二甲基矽氧烷重複位數，其值為2~10000；y表示胺基酸化合物中緊鄰較長鏈酸基之-CH2-段之重複數量，其值為1~25數；R為脂肪酸碳鏈數6~30之長鏈飽和或不飽和碳氫有機基團。 - 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，所述胺基酸矽氧烷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：聚酯、聚醯胺、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，其中該植物性天然色素染料選 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、黃芩之色素。
- 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。
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