TWI828406B - 染色用助劑及其製造方法與所應用之染色製程 - Google Patents
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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，利用明膠、甘醇酸、環氧氯丙烷及亞硫酸氫鈉為原料，經反應合成水解明膠衍生物之界面活性劑，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
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7x10
5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n係為10~100，而R
1、R
2 、R
3係為烷基。
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) 取0.2mole甘醇酸用水溶解後再加入酒精置於四孔反應槽中攪拌30分鐘，並在攪拌過程中加熱至70℃，生成一第一過度產物和水；(B)將該第一過度產物再加入20%明膠50ml加熱至70℃，反應1~2小時，生成一第二過度產物；(C)將該第二過度產物冷卻降至室溫後，再加入已調製成pH9的環氧氯丙烷及亞硫酸氫鈉混合溶液，以50℃恆溫攪拌1~2小時即可生成該染色用助劑，其中，環氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉之莫耳比係為1：1。其中，該染色用助劑之通式係為
，且n係為10~100，而R
1、R
2 、R
3係為烷基。
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n係為10~100，而R
1、R
2 、R
3係為烷基。
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。
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，取0.2molee甘醇酸用水溶解後再加入酒精置於四孔反應槽中攪拌30分鐘，並在攪拌過程中加熱至70℃，生成一第一過度產物和水。接著，將該第一過度產物再加入20%明膠50ml加熱至70℃，反應1~2小時，生成一第二過度產物。最後將該第二過度產物冷卻降至室溫後，再加入已調製成pH9的環氧氯丙烷及亞硫酸氫鈉混合溶液，以50℃恆溫攪拌1~2小時即可生成該染色用助劑，其中，環氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉之莫耳比係為1：1。此時，該染色用助劑之化學結構係為
，且n係為10~100，而R
1、R
2 、R
3係為烷基。
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Gelatin係為水解明膠，Gelatin-GA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，這是由於界面活性劑加入水溶液中能使表面張力降低，這是由於界面活性劑親水基的部分留在液體中，而疏水基部分突出水面的排列方式所致。並且，從第1圖中可以看出水解明膠衍生物Gelatin-GA表面張力比水解明膠來的低，這樣有助於染料進入纖維內部，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。
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，Gelatin係為水解明膠，Gelatin-GA則為本發明之該染色用助劑。
純水並不起泡，但當溶液中含有界面活性劑時，溶液受到攪拌，空氣進入溶液中會形成氣泡，此時助劑會被吸附於液氣相之交界面，形成彈性膠膜，因此若液體中有氣體存在則將會有泡沫產生。由第2圖中可以看出衍生物Gelatin-GA的起泡性及泡沫安定度都相當的低很適合做染整助劑。這樣子對於環境的保護以及減少污染廢液的排放有正面的幫助，泡沫若不會消去的話，會造成河川的無氧化，造成環境的負擔。
下表1係為為了測量不同助劑濃度下染色用助劑之電導度而進行實驗後所得出之結果的數據，Gelatin係為水解明膠，Gelatin-GA則為本發明之該染色用助劑。
表1
從表1中可以觀察到隨著濃度的增加時，Gelatin-GA衍生物電導度也會逐漸上升而水解明膠卻是緩緩上升接近於平緩。電導度越高其代表離子解離程度越高或溶液中離子量越多，故使用Gelatin-GA衍生物有助於棉織物上色率的增加。
| Gelatin | Gelatin-GA | |
| 0.1% | 65 | 172 |
| 0.5% | 320 | 860 |
| 1.0% | 625 | 1720 |
| 1.5% | 885 | 2580 |
| 2.0% | 1155 | 3440 |
| 2.5% | 1411 | 4300 |
| 3.0% | 1623 | 5160 |
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對棉織物的上色率之結果示意圖，Gelatin係為水解明膠，Gelatin-GA則為本發明之該染色用助劑，Blank係表示未加入助劑之對照組。
由第3圖中可觀察到當助劑濃度提高時上色率也隨著增加，其衍生物Gelatin-GA濃度到2%時可得到較高的上色率，當濃度再增加時上色率反之下降，所以欲得到高上色率其衍生物Gelatin-GA濃度為2%。
一般染整廠及定型設備採用鍋爐以蒸氣或電熱的方式進行加熱，所以得知助劑對纖維及染料的最佳上色溫度有助於減少能源上的使用。從第4圖中觀察可得知隨著染色溫度的增加，上色率也隨之提升，當水解明膠及其衍生物Gelatin-GA染色溫度到達90℃時可得最高的上色率，且衍生物Gelatin-GA上色率比水解明膠高，當溫度提高至100、110℃時上色率下降，所以棉織物欲得高上色率的最佳溫度為90℃，過多的溫度只會增加能源的消耗。
時間是纖維染色的必要條件，染色是一個複雜的過程。染色過程一般包括吸附、擴散、固著三個階段。這三個階段都需要一定的時間來完成染色程序。從第5圖中可觀察到水解明膠及其衍生物Gelatin-GA當染色時間增加其上色率也隨之增加，當時間到達60分鐘時衍生物Gelatin-GA擁有最高的上色率，其時間再多時上色率反而降低，故可得知保溫時間為60分鐘最佳，其過多的保溫時間只會增加染色成本並造成電源的浪費。
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。並且具有以下優點或功效：
1. 水解明膠衍生物之該染色用助劑的泡沫消泡性很好，幾乎沒有什麼泡沫，不會造成染色過程產生的瑕疵，因此很適合於當染整助劑。
2. 水解明膠衍生物之該染色用助劑對棉織物進行染色，在染浴中改變pH值，其水解明膠衍生物Gelatin-GA上色率比水解明膠皆來得高。
3. 水解明膠及其衍生物之該染色用助劑對棉織物染色，欲得高上色率之條件為助劑濃度2%、染色溫度90℃及染色保溫時間60分鐘。
4. 水解明膠衍生物之該染色用助劑可以提高棉織物的上色率。
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。
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，其係為染色用助劑在不同助劑濃度下對棉織物的上色率的實驗數據圖。
第4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5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。
Claims (6)
- 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
- 一種製備染色用助劑之方法，包括以下步驟：(A)取0.2mole甘醇酸用水溶解後再加入酒精置於四孔反應槽中攪拌30分鐘，並在攪拌過程中加熱至70℃，生成一第一過度產物和水；(B)將該第一過度產物再加入20%明膠50ml加熱至70℃，反應1~2小時，生成一第二過度產物；(C)將該第二過度產物冷卻降至室溫後，再加入已調製成pH9的環氧氯丙烷及亞硫酸氫鈉混合溶液，以50℃恆溫攪拌1~2小時即可生成該染色用助劑，其中，環氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉之莫耳比係為1：1； 其中，該染色用助劑之通式係為
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包含以下步驟：(D)將該染色用助劑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。
- 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
- 如申請專利範圍第4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。
- 如申請專利範圍第5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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| 期刊 郭顯明 水溶性明膠與果酸界面活性劑合成及染色性之研究 亞東技術學院應用科技研究所學術論文 論文出版年(2011)，口試日期：2011-06-03 * |
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