TWI628192B - Dyeing auxiliary agent, its manufacturing method and applied dyeing process - 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，透過將天然材料幾丁聚醣與脂肪酸合成接枝成幾丁聚醣衍生物型助劑，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大多選擇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及使用，更有7x105種不同助劑被各別或組合地使用於染色製程中。然而，就算使用現在市面上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。
有鑑於此，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
其中，R表示碳原子數為12-16的烷基，且n係為1000-3000。
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)將幾丁聚醣以一酸水溶液溶解，並攪拌至均勻態；(B)將攪拌均勻之幾丁聚醣與環氧氯丙烷混合，並在溫度70℃下恆溫攪拌2小時；(C)另外，將一酸與亞硫酸氫鈉混合，並在溫度80℃至90℃下攪拌2小時；(D)將步驟C的產物與硫醯氯混合而產生氯磺化反應；及(E)將步驟B之產物和步驟D之產物在溫度100℃下進行合成反應並持續2小時後脫除水分，而得到一染色用助劑。其中，該染色用助劑之通式係為
其中，R表示碳原子數為12-16的烷基，且n係為1000-3000。
較佳者，該酸水溶液係為醋酸水溶液。
較佳者，該酸係為肉豆蔻酸、棕櫚酸或硬脂酸之其中一種。
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
其中，R表示碳原子數為12-16的烷基，且n係為1000-3000。
此外，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，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
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，將幾丁聚醣以一酸水溶液溶解，並攪拌至均勻態，在此處，該酸水溶液係為醋酸。接著，將攪拌均勻之幾丁聚醣與環氧氯丙烷混合，並在溫度70℃下恆溫攪拌2小時，此時會反應產生一第一中間產物。另外，將一酸與亞硫酸氫鈉混合，於此，該酸係為肉豆蔻酸，並在溫度80℃至90℃下將混合物攪拌2小時。接下來，將肉豆蔻酸和亞硫酸氫鈉混合後之產物與硫醯氯混合而產生氯磺化反應，並產生一第二中間產物。最後將該第一中間產物和該第二中間產物在溫度100℃下進行合成反應並持續2小時後脫除水分，而得到該染色用助劑。此時，該染色用助劑之化學結構係為
而n係為1000-3000。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。
以下圖1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特性的圖示。
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，圖1中可以看出當加入該染色用助劑後，隨著加入之助劑濃度提高，表面張力並隨之下降，由此可判定該染色用助劑具
有助劑之特性。
下圖2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。
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。而圖2中可以看出加入該染色用助劑後，起泡性低，泡沫穩定性良好，符合環保需求，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。
以下圖3和圖4並針對加入不同濃度之該染色用助劑後，偵測布料的上色率和製程完成後廢水中的染料殘留率後之結果示意圖。
由圖3和圖4可得知，該染色用助劑在0.4%濃度中，染料殘留率與0.2%有著顯著的差異，另外於色強度，也就是上色率方面，0.4%則是六種測試濃度中最強的區間，經過以上分析，該染色用助劑之濃度於0.4%為最佳條件。
關於該染色用助劑於0.4%濃度後，色強度有逐漸下降的傾向，原因
係為該染色用助劑為兩性離子界面活性劑的因素，結構中有著帶正電之胺基，其與直接染料的陰離子產生電荷相吸，當濃度一超出假定臨界值，如0.4%，該染色用助劑則與天然纖維產生競染作用，進而影響到染料進入纖維內部，以至於造成染色殘留率與色強度一同降低的結果，因此若該染色用助劑之濃度超過0.4%，雖然能使廢水中染料之含量略為下降，但染色之效率則會變差，較不符使用者之期待。
以下圖5和圖6則針對加入該染色用助劑後染色時間之長短，會如何影響布料的上色率和製程完成後廢水中的染料殘留率之實驗結果示意圖。
染色製程中，時間的控制關係到上色率差異及染色均勻度等等，且染色時間為染整中所耗費的無形成本，是產出效率中相當重要的一環，在圖5和圖6中可發現於75分鐘時，該染色用助劑的染色殘留率達到最低值，色強度則達到頂峰，相較於90分鐘而言，不僅省時效果也更傑出，因此可推斷加入該染色用助劑後，最佳的染色時間係為75分鐘。
以下圖7和圖8則針對加入該染色用助劑後染色溫度之高低，會如何影響布料的上色率和製程完成後廢水中的染料殘留率之實驗結果示意圖。
染色製程中，染色溫度將影響布料上色率之深淺，以及廢水的染料殘
留率等因素。由圖7和圖8中可發現，染色溫度未必與上色率成正比關係，在未加入任何助劑的對照組中，過高的溫度並無幫助上色率提升的趨勢，而以加入該染色用助劑後之製程而論，在90度與100度的染色條件下染料殘留率係近乎相同，而100度時色強度為最大值，因此可認定100度為最佳之染色溫度。
以下圖9和圖10則針對加入該染色用助劑後在不同pH值環境下進行染色，會如何影響布料的上色率和製程完成後廢水中的染料殘留率之實驗結果示意圖。
在染色過程中，為求提高織物上色率，會添加酸或鹼溶液來調整染浴之pH值，因此助劑在不同pH環境下，是否能有助色的效果至關重要。由圖9和圖10可發現，在未加入任何助劑的對照組中，染色殘留率隨著pH值的不同而有明顯的落差，而該染色用助劑無論是在酸、中、鹼性環境下，提高上色效果依舊不俗，可見該染色用助劑的穩定度優良，不因染色環境受到影響，仍可具有良好之上色率和使染料殘留率降低。
綜上所述，透過上述之實驗數據顯示，本發明所提供之該染色用助劑在染色製程中相較於未加入助劑之製程和加入一般市售助劑之製程，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，並非用以限定本發明實施之範圍，故該所屬技術領域中具有通常知識者，或是熟悉此技術所作出等效或輕易的變化者，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)
- 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)將幾丁聚醣以一酸水溶液溶解，並攪拌至均勻態；(B)將攪拌均勻之幾丁聚醣與環氧氯丙烷混合，並在溫度70℃下恆溫攪拌2小時；(C)另外，將一酸與亞硫酸氫鈉混合，並在溫度80℃至90℃下攪拌2小時；(D)將步驟C的產物與硫醯氯混合而產生氯磺化反應；及(E)將步驟B之產物和步驟D之產物在溫度100℃下進行合成反應並持續2小時後脫除水分，而得到一染色用助劑。
- 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
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該酸水溶液係為醋酸水溶液。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該酸係為肉豆蔻酸、棕櫚酸或硬脂酸之其中一種。
- 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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